[发明专利]基于互相关法的推移质输沙率测量系统及测量方法

说明书

本发明提供一种基于互相关法的推移质输沙率测量系统及测量方法，测量系统包括水上测深装置以及岸基控制装置，所述水上测深装置包括测深器船体，测深器船体通过支撑杆安装在防撞浮圈的上方，防撞浮圈的底部安装有推进器，测量方法包括结合实地踏勘和遥感影像设计测量断面，设定水上测深装置测量航线；水上测深装置对预设河段进行两个不同时段的纵向水下地形连续测量；水下地形数据通过无线传输至岸基控制装置，岸基控制装置的地形数据分析单元得到沙波移动速度和平均沙波高度；将沙波移动速度和平均沙波高度代入公式，得到单宽推移质输沙率，可以在不对天然河道床面推移质输移过程产生扰动的条件下，实现推移质输沙率的观测与分析。

技术领域

本发明涉及水利工程实验技术领域，具体是一种基于互相关法的推移质输沙率测量系统及测量方法。

背景技术

推移质运动是水流中泥沙运动的主要形式之一,也是泥沙研究中的重点问题。泥沙推移时,推移质颗粒在河床表面作各种不同形式的集体运动,使床面形态也随着输沙强度的不同而时时都有改变。对于山区河流,推移质沿河床表面以滚动、滑动或跳动,对河床形态有巨大影响,因此研究推移质的输沙率,具有重要的意义。由于推移质运动往往引起水库淤积,缩短水库寿命,所以推移质研究是工程可行性研究的关键问题之一。输沙率作为推移质运动的重要参数,它的测量对于工程的可行性研究有实用价值,但是床面泥沙运动与其边界的复杂性，造成了推移质输沙率测量的困难。近年来，针对试验室水槽条件，不同学者提出了多种精度较高的推移质输沙率观测方法，但对于天然河流中的推移质输移，由于缺乏比较精确地量测手段，推移质输沙率的研究难以精准。

目前，国内外采用的天然河道推移质输移观测设备都不够完善，或者是取样过程对自然流场扰动较大，或者取样效率较低。例如，以往常用的压差式和网式两类推移质取样器法，采样时因取样器身置于河床表面之上，对水流具有一定阻力，改变了原有水流条件和输沙条件，使得采样和测量都会产生一定误差，同时，取样器法只能用于测量某一时间段的平均输沙率，不能实现全自动、数字化的要求，也不能测量出推移质的实际状况。另一类坑测法的取样装置，在采样过程中对河流的自然流场扰动较小，能获得较高的采样精度，但也存在以下缺点:(1)挖坑埋设坑测装置时，很难保证箱顶高度与自然河床的床面高度一致；(2)坑测装置的挖埋过程对取样断面上游河床的自然表面造成一定程度的损坏影响了输沙条件。

发明内容

本发明的是为了提供一种基于互相关法的推移质输沙率测量系统及测量方法，通过对河道水下地形进行连续测量，基于互相关法对两个时段的地形数据进行相关性分析，可以在不对天然河道床面推移质输移过程产生扰动的条件下，实现推移质输沙率的观测与分析。

本发明的技术方案：一种基于互相关法的推移质输沙率测量系统，包括水上测深装置以及岸基控制装置，所述水上测深装置包括测深器船体，测深器船体通过支撑杆安装在防撞浮圈的上方，防撞浮圈的底部安装有推进器，推进器安装在防撞浮圈的前后左右四个方向以便于控制测深器船体的航向，在测深器船体的上方安装有用于与岸基控制装置通信的数据传输天线、用于对测深器船体航行线路四周环境进行拍摄的全景摄像头、用于测深器船体定位的GPS定位装置，在测深器船体的下方安装有用于进行水深探测的测深仪，在测深器船体内安装有用于驱动推进器的电机装置以及用于控制数据传输天线、全景摄像头、GPS定位装置、测深仪和电机装置的控制芯片，在测深器船体内还安装有电源装置用于给水上测深装置供电；所述岸基控制装置包括笔记本电脑，笔记本电脑包括与数据传输天线进行通讯连接的无线通讯单元、用于对水上测深装置进行控制的控制单元、用于对水上测深装置采集数据进行分析计算的地形数据分析单元和用于存储实地踏勘和遥感影像的地形资料数据库。

所述测深器船体为椭球状中空船体，在测深器船体内还安装有用于存储全景摄像头拍摄的图像信息以及测深仪测量的水深数据的存储器。

所述测深仪为单波束测深仪。

所述控制芯片为德州仪器的MSP430单片机。

所述测深器船体材料采用高强度玻璃钢材质。