[发明专利]一种明渠水槽推移质输沙率不间断测量系统

说明书

技术领域

本发明属于水利测量技术领域，特别涉及对明渠水槽推移质输沙率不间断测量的设备。

背景技术

自然河流的演变是水流和泥沙相互作用的结果，其中，以滚动、滑动和跃移为主要运动形式的推移质是大多数河流中泥沙输运的主要形式。由于泥沙运动的机理极为复杂，实验观测是目前开展推移质运动的主要方法，其中，在实验室建造明渠水槽(河工模型)是开展推移质输沙实验的重要途径。

推移质输沙率是单位时间内通过河流或水槽断面的泥沙质量，单位为kg/s。为了在河工模型中对推移质输沙率进行准确测量，中国专利申请公开文件CN102877438A提出了一种河工模型试验推移质输沙率测量系统，如图1，该系统主要由沉沙坑01、集沙漏斗02、载沙篮03、吊绳04、重量测量机构05组成，其中，沉沙坑01布置在河工模型或水槽出口断面上游的底板下方，用于安装集沙漏斗02等，集沙漏斗02大开口端向上、小开口端向下安装在沉沙坑01上沿，载沙篮03通过吊绳04穿过集沙漏斗02，并且悬挂在重量测量机构05上，重量测量机构05设置在河工模型或水槽的上方。实验时，泥沙通过集沙漏斗02沉入载沙篮03，重量测量机构05通过测量载沙篮03和篮内泥沙的重量，可实时测得推移质输沙率。由于载沙篮容积有限，当篮内泥沙装满时，该文件还提出在篮内放置虹吸管06，通过虹吸效应将篮内泥沙排空，在虹吸排沙期间暂停测量输沙率。

虹吸效应利用虹吸管两端的液面差所形成的压力，将水流从载沙篮内排出，在这个过程中，泥沙也将随水流从篮内排出。但在大多数情况下，由虹吸效应产生的水流流速均较小，水流挟沙力较弱，只适用于排出细颗粒泥沙，且排沙过程较长，在排沙期间在一定程度上亦会影响模型的水流流动。因此，现有的上述技术在实际应用时具有较大的局限性：一方面，在粗颗粒泥沙实验中，由于集沙篮内的泥沙无法排出，当集沙篮被填满时，必须终止实验进行排沙；另一方面，即使在细颗粒泥沙实验中，因排沙而暂停测量的时间也较长，无法满足非恒定流输沙实验的要求。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术干扰实验的条件，不能连续不间断测量任意粒径的推移质输沙率的不足，提出了一种明渠水槽推移质输沙率不间断测量系统；该系统可在不干扰实验的条件下，连续不间断测量任意粒径的推移质输沙率。

本发明的特点及有益效果：

本系统在重力的作用下，集沙篮内的泥沙可快速落入排沙篮，排沙时间小于非恒定流实验的特征时间尺度，排沙过程不影响试验的连续运行，从而真正实现推移质输沙率的不间断测量。排沙过程不影响实验水流条件，也不会对实验水流产生干扰。

本发明的推移质输沙率测量系统可满足任意粒径泥沙的不间断测量。

附图说明

图1为已有的推移质测量系统示意图；

图2为本发明的明渠水槽推移质输沙率不间断测量系统沿水槽中线的剖面示意图；

图3为本发明的明渠水槽推移质输沙率不间断测量系统垂直于水槽的剖面示意图

图4为本发明实施例的测箱示意图；

图5为本发明实施例的测箱安装示意图；

图6为本发明实施例的三维结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出的一种明渠水槽推移质输沙率不间断测量系统实施例总体结构，如图2和图3所示，包括测箱2、称重仪器3、导流板4、集沙篮5、排沙篮6、牵引机构7、起吊机构8和吊绳9；其中，测箱2安装在水槽出口断面1a上游的底板1b下方；称重仪器3安装在测箱2上方，其底部高于水槽内的水位；导流板4水平盖在测箱2顶端，与水槽底板1b的上表面齐平；集沙篮5通过吊绳9悬挂在导流板3下方的测箱2内，吊绳9的一端与集沙篮5的顶端连接，另一端与称重仪器3底部的称重挂钩连接；排沙篮6平放在集沙篮5正下方的测箱内；牵引机构7布置在排沙篮6的下方和侧方，起支撑和移动排沙篮6的作用；起吊机构8位于集沙篮5侧面，安装在测箱2顶部以上，与排沙篮6柔性连接。

本发明的各部件的具体实施方式及功能分别说明如下:

本实施例中，实验水槽宽1m、高0.5m，实验泥沙的最大粒径2cm，最大实验水深20cm，最大输沙率为0.2kg/s。

为叙述方便，定义沿水流方向1d的水平尺寸为长，垂直于水流方向的水平尺寸为宽，竖直向下的尺寸为深。