专利名称：河流流量测量方法
技术领域：
本发明涉及了一种测量河流中某垂线位置单位宽度流量及河流流量的方法。更具体地 说，提出了一种使用浮子从河底上浮测量河流流量的方法。
背景技术：
目前测量河流流量最常用的方法是流速仪法。即在河流上选一个横断面作为测流断面。 在此断面上设置若干条测流垂线，在每条测流垂线上用流速仪测几个不同水深处的点流速。 据此计算出此垂线的平均流速。测出所有垂线的平均流速后可计算出通过该断面的流量。 用流速仪法时要使用测流缆道或测船，使用麻烦，耗时长，效率低。
发明内容
浮子在这里被定义为比重小于1.0的物体，例如气体、泡沬塑料、木材制品等。也包
括空心金属球、空心塑料球等。总之，是能在水中上浮的物体。以质量轻的球形物体为好。 选一平直河段，将一个能在水中上浮的浮子，从靠近河底处的水中释放，假定初速度 为零，它将上浮至水面，通过释放点作一条垂线，假定浮子在水面的浮出点至垂线的距离
为L，浮子上浮的平均速度为k，则通过此垂线处单位河宽流量q
q=kL----------(1)
k是水深H的函数，其函数关系可以在实验室静水中测出。
因为浮子在上浮过程中垂直方向只受到重力、浮力和水的阻力。释放初，有一个加速 过程，这三个力很快就会达到平衡，平均上升速度k虽然是水深H的函数，但变化是不大 的，在一定的范围内可以看作是常数。
将管道安置于河中，管道河中的一端有出气口，出气口置于河底以上的水中，管道另 一端接有压縮气源，例如空气压縮机或压缩气罐，用调压阀控制管道内气压，使有连续气 泡从出气口逸出，气泡在上浮过程中随水流向下游流动，直到浮出水面，通过测量水面上 气泡浮出点与经过出气口的垂线距离L，可算出出气口垂线位置单位河宽流量q=kL，见附 图1。
当设备固定、水深不变、流量不变、气压合适时，每个出气口在水面形成的浮出点是 一个范围，这是由于水流的紊动所致。但其平均值是基本不变的。即中心是基本不变的。 这里说的气泡浮出点即指这个中心点。
由于出气口不是紧贴河底，致使漏测了小部分流量，当水深越大时，漏测比例越小。 当管道内气压越大时，气泡的初速度越大，这是应当避免的，所以要调节气压至合适值，出气口最好向下，使气泡初速度与方向所形成的误差可忽略不计。
(1) 式中的系数k是上浮平均速度，与水深、管中气压有关，当设备已定时，基本是 一个常数，k与水深的函数关系可以由实验室静水实验测出，也可以通过与流速仪法比测來率定。
若测流断面上不同位置有若干个上述出气口，可分别测出通过它们的垂线位置单位河 宽流量，进而可以河宽加权计算出通过测流断面的河流流量。
对于某些特殊要求的河段，在管道中同时混入若干固体浮子，以相同尺寸与质地的球 状浮子为好，通过测量固体浮子在水面的浮出点至通过管道出口的垂线的距离，得到出口 垂线位置单位河宽流量。
如果在此横断面上同时设置若干条管道，每条管道中气压可以调节，在横断面下游将 形成若干个气泡浮出点。连接这些中心点的虚线与横断面同水面的交线形成一个弓形，见 附图2。通过横断面的流量Q可用(2)式算出。 Q=KS---------------(2)
(2) 式中S是弓形面积，K是一个系数，接近等于k，可以通过率定求出。 如果沿横断面水深变化不大时，亦可使用同一条管道，在不同地点分布若干个出气口，
使其同时出气在水面上形成一个弓形。
如果S在横断面下游方向，表示流量为正。反之为负。因此可用在平原水网、感潮河 段测量流向不定的河流流量。
对于需要连续监测流量的河段，可以在两岸横断面位置安装标记，通过摄像头在岸上 或桥梁上遥测并传输L或S的图像至使用地点，达到遥测流量的目的。此时需要同时遥测 水位或其它标记，以确定图像中L或S的比例尺。
对于较宽的江河，可以在桥梁下游附近选一横断面，沿横断面在河底之上安装若干条 具有出气口的管道，管道另一端安在桥上或河岸上，测量人员在桥上进行测量L，或用摄像 头遥测，测出通过该出气U垂线的单位河宽流量，进而算出通过横断面的流量。
此方法测流不需要有水位流量关系，也不需要用缆道和测船，把测流速简化为测长度， 安全、精确、快速、高效、节省是其最大优点，尤其适用新建水文站、平原河网、感潮河 段、水库变动回水影响河段和水位流量关系变化大的河流断面。是流量实现自动化遥测的 好方法。
图1是图2中的A-A剖面图；图2是测流河段平面图。 出气口 1
气泡浮出点 2 垂线 3 河底 4 水面 5 横断面 6 河岸 7 水流方向 8
具体实施例方式
在一平直河段，选一横断面作为测流断面。在河底沿横断面安置一条或若干条管道，管 道河中部分至少设置一个出气口，如河底比较平坦，也可在一条管道的不同位置分别设置若 干个出气口。管道另一端可安置在河岸或桥上。将压縮空气接通管道，调节气压，使管道河 中部分有连续气泡从出气口逸出并浮出水面。某出气口的气泡浮出点至通过该出气口的垂线 距离为L，通过人工测量或摄像头遥测L可以得到通过该出气口垂线位置的单位河宽流量 q=kL。其中k是气泡的平均上浮速度，当设备选定后，可预先在实验室静水中测出k与水深 H的函数关系。
若测流断面上不同位置(最好分布均匀)有若干个出气口同时出气。调节气压至合适值， 在横断面下游可形成若干个气泡浮出点。一个出气口逸出的每个气泡浮出点位置都是不同的， 但它们的平均值却是基本一致的，称为对应该出气口的气泡浮出中心点，连接各出气口的气 泡浮出中心点的虚线与横断面同水面的交线形成一个弓形，通过人工观测或摄像头遥测这个 弓形面积S，得出通过该断面的流量Q=KS。其中K是一个系数，近似等于k，可以通过率定 求出。
为了防止管道淤塞，最好压縮气源采用空气压縮机，丌启后，至少在一次洪水过程中连 续不停工作。并注意随着水位变化而调节气压。
权利要求
1.一种测量河流中某垂线位置单位河宽流量的方法，其特征是，将一个能在水中上浮的浮子，从靠近河底处的水中释放，它将上浮至水面，通过释放点作一条垂线，假定浮子在水面的浮出点至垂线的距离为L，浮子上浮的平均速度为k，得到通过此垂线处单位河宽流量q＝kL的方法。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，将管道安置于河中，管道河中的一端有出 气口，出气口置于河底以上的水中，管道另一端接有压縮气源，使有连续气泡从出气口逸 出，气泡在上浮过程中随水流向下游流动，直到浮出水面，通过测量水面上气泡浮出点与 经过出气口的垂线距离L，得到出气口垂线位置单位河宽流量q=kL的方法。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征是，压縮气源输出的压力可以调节。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征是，若测流断面上不同位置有若干个上述 出气口，可分别测出通过它们的垂线位置单位河宽流量，进而可算出通过测流断面的河流 流量的方法。
5. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征是，在河中某横断面上不同位置同时设置 若干个出气口，通过测量各个气泡浮出点之间的连线与横断面同水面的交线所组成的弓形 面积S，得到通过横断面流量Q=KS的方法。
6. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征是，通过测量河中某出气口位置单位河宽 流量，然后乘以折算系数作为通过横断面流量的方法。
7. 根据权利要求2或3或4或5或6所述的方法，其特征是，在河岸或桥梁上安置摄 像头，通过遥测并传输L或S的图象至使用地点，达到遥测流量的方法。
8. 根据权利要求2所述的方法，其特征是在管道中同时混入若干固体浮子，通过测量 固体浮子在水面的浮出点至通过管道出口的垂线的距离，得到出口垂线位置单位河宽流量 的方法。
全文摘要
本发明涉及了一种测量河流中某垂线位置单位宽度流量及河流流量的方法。目前测量河流流量最常用的方法是流速仪法。用流速仪法时要使用测流缆道或测船，使用麻烦，耗时长，效率低。将管道安置于河中，管道河中的一端有出气口，管道另一端接有压缩气源，使有连续气泡从出气口逸出，气泡在上浮过程中随水流向下游流动，直到浮出水面，通过测量水面上气泡浮出点与经过出气口的垂线距离，可算出出气口垂线位置单位河宽流量。此方法测流安全、精确、快速、高效、节省是其最大优点。
文档编号G01F1/05GK101650202SQ20091018205
公开日2010年2月17日 申请日期2009年7月30日 优先权日2009年7月30日
发明者朱小文 申请人:朱小文