流量计产生精确的薄层水流。
[0041 ]为确保水槽中水流的稳定，减少对滚波产生的干扰，可以在设置多个进水口，在水 槽顶部一字型排开(一字型与水流方向垂直），使水流可以均匀的水槽中形成薄层水流。 [0042]在多数情况下，水栗输出的水流带有一定的脉动，如果将水栗出口（水槽的进水 口）直接设置在水槽顶部，所形成的水流会受到脉动干扰，使得水流过程不均匀，干扰薄层 水流中滚波的形成，达不到实验的效果。因此可以在水槽的顶部水槽进水口处设置水流整 流装置，稳定水流。
[0043]水流整流装置实际是一套消除供水水流不稳定性的系统，可以保证出水水流过程 的稳定性和均匀性，从而消除供水对滚波产生和发展过程的影响。
[0044]水流整流装置可以是水箱，即在水槽坡面的顶部设置一个水箱，存储一定的水量， 水箱的出水口（流向水槽的水出口）为溢流堰，利用水箱中水量的体积吸收水栗供水产生的 冲击，利用溢流产生稳定的薄层水流。
[0045]水箱溢流供水也存在不稳定、水箱震动等问题，引起的水箱溢流过程的不稳定性。 因此，还可以进一步将溢流堰改为多层整流孔板或整流管板，利用孔板或管板更进一步稳 定输出的水流。整流孔板就是厚度约2mm的不锈钢板上细密的打上了直径约1mm的过水孔， 通过多层叠加，放置水槽的进水口和溢流边之间，以此消除水箱供水管出流过程引起的水 流波动。整流孔管是为了消除水箱溢流过程形成的不均匀涡流，放置在溢流之后水槽的上 部整流管板由直径1 cm，长2~3cm的PVC管紧密排列而成。
[0046] 实施例五： 本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于固定架的细化。本实施例所述的固定架 安装在沿坡面倾斜方向即水流方向的长杆802上，多个固定架沿水流方向依次安装，所述的 长杆通过地脚801，固定在野外坡面上，如图7所示。
[0047]本实施例是一种在野外坡面进行薄层水流的检测实验装置，这种实验装置十分简 单，便于携带，安装也十分方便。长杆可以使用伸缩杆，而地脚的固定可以采用门型架，跨在 水流经过的坡面上。
[0048]实施例六： 本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于固定架的细化。本实施例所述的坡面是 水坝泄洪槽坡面，所述的固定架安装在沿泄洪槽倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定 架沿水流方向依次安装，所述的长杆通过地脚，固定在泄洪槽坡面上。
[0049] 本实施例与实施例五较为接近，但使用的场所不同，本实施例是在水坝的泄洪道 上观测滚波时使用的。
[0050] 实施例七： 本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于固定架的细化。本实施例所述的坡面是 水渠坡面，所述的固定架安装在沿水渠倾斜方向即水流方向的长杆上，多个固定架沿水流 方向依次安装，所述的长杆通过地脚固定在水渠两侧。
[0051] 本实施例所述的地脚是与水流方向垂直设置的横杆，这些横杆的两端固定在水渠 的两岸，而长杆这固定在这些横杆上，再将各组超声波传感器与长杆固定，即可以进行滚波 测量了。
[0052] 实施例八： 本实施例是一种使用上述实施例所述系统进行基于超声波传感器的薄层水流滚波测 量的方法。
[0053]所述方法的原理： 1.水深测量 平均水深的计算：由于超声波测量是一种相对测量，因此，在没有水流流过坡面的时 候，要首先使用超声波传感器先对坡面的表面进行测量，获取超声波传感器对坡面的距离 作为一个基准ho,坡面有水流经过时，水流的水深变化形成超声波水传感器达到水面距离 的变化hi，再将hi减去基准h〇,从而得到水流的水深变化。经过多次的采集后，将采集的水深 数据进行平均，从而得到水流的平均水深。
[0054] 2.滚波波高测量 滚波的判定及波高的计算:将采集到的每一个水位值与平均水位值作比较，连续3次监 测水位值大于平均水位值即为滚波，自动记录该期间的最大水位值，最大水位值hmax与平均 水位值f的差值即为波高。
[0055] 3.滚波波速、波频测量及沿程波速、波频测量 滚波波速计算:每组液位计间距除以每个液位计出现最大水位值的时间差即为滚波波 速，即衫# t其中V是滚波波速，i是一组液位计的间距，t是每组内每个液位计出现最大水 t: 位值的时间差。
[0056]单个磁性浮子液位计出现两次滚波的时间差就是滚波的周期T，周期的倒数就是 1 频率f。即/ 其中：f为频率，T为周期。 T
[0057] 4.滚波动量与动能测量 滚波动能计算：以滚波波速与液位计连续两次记录之间的时长之积为横坐标，以连续 记录且大于平均水位的水位值与平均水位值之差为纵坐标作图，即可以描绘出滚波的横断 面，利用CAD软件估算横断面的面积，用面积乘以水的密度就是单宽滚波的质量。质量乘以 波速就是滚的动量，质量乘以波速的1/2次方就是滚波的动能。
[0058]计算公式为： 滚波动量:Ρ=ΡΑν，其中??为水的密度，A为滚波横断面的面积，用CAD软件求得，V是滚 波的波速。
[0059] 滚波动能:機其中P为水的密度，A为滚波横断面的面积，用CAD软件求 得，v是滚波的波速。
[0060] 所述方法的步骤如下： 设定采集频率的步骤：用于通过电脑设定超声波传感器的工作频率和采样频率。工作 频率是超声波传感器实际采集数据的频率，在出厂时设定有默认值，一般不用调节。一般传 感器工作频率低于默认值时，有利于保证测量的可靠性和稳定性，提升测量精度。采样频率 是数据采集器将传感器测定信号采集到电脑中的频率，采样频率一般小于工作频率。采样 频率可以根据目测滚波频率进行调节，一般应为目测滚波频率的10倍以上。
[0061] 采集的步骤:用于首先采集传感器与坡面的距离hQ，然后带有滚波的水流来临时， 所有传感器同步采集水位数据，并将采集的数据导入电脑中，对数据进行分析处理直接计 算滚波周期、频率、波高、沿程波速与平均水深。超声波传感器所采集的是水面的高度，因 此，需要根据水面的高度判断滚波的出现以及滚波的各种参数。由于采用两个一组的超声 波传感器，可以在滚波出现的两个位置同时进行采集，根据采集的时间、两个传感器之间的 距离，以及采集到的水位高度进行比较，得出周期、频率、波高、沿程波速与平均水深等各种 参数。
[0062]计算滚波动能的步骤：用于利用滚波水深、时间间隔和沿程波速数据估算滚波动 能。通过上一步骤得到的各种滚波参数，计算滚波的动能。滚波动能是衡量水流对下垫面作 用强度和水流挟沙能力等的重要指标。
[0063] 实施例九： 本实施例是实施例八的改，是实施例八关于滚波平均水深、波高、波速、周期与频率的 计算的细化。本实施例所述的滚波平均水深、波高、波速、周期与频率的计算方法如下： 平均水深的计算：当坡面有水流流过时，超声传感器测量水面的高度，将水面的高度hi 与超声波传感器与坡面之间距离ho进行比较得到水深h，经过η次采集，对η个水深进行平 均，得到断面的平均水深。在水流实验中，超声传感器发射的超声波遇到水面进行反射， 采集到的数据进行换算得到超声波传感器与水面的高度h1(3则水深为hiho-lu，经过η次采