坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪及其测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪及其测量方法，该监测仪包括集沙筒外筒和设置在外筒内的集沙筒内筒，所述外筒的底部设有信号输出端与含智能器件的外部控制装置连接的水下压力仪，所述水下压力仪的顶端与内筒底端固定连接，所述内筒中设置排沙泵，所述集沙筒外设有冲沙泵，所述排沙泵、冲沙泵的受控端与外部控制装置连接，所述外筒的顶端设有截面为圆环形的筒盖，所述筒盖的上方设有筒帽，所述筒帽与筒盖之间设有进沙口。本发明设计合理，采用水下压力仪与外部控制装置配合使用，实现了推移质测量工作的连续性和自动化，能够精确测量河底推移质泥沙的变化，不受水深、波浪以及外部泥沙等环境因素的影响，达到对河流中的推移质泥沙连续采样的目的，适用于细颗粒泥沙河流的推移质输沙率的测量工作。
【专利说明】坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪及其测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种泥沙测量仪器，尤其是一种坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，还涉及其测量方法。
【背景技术】
[0002]推移质是是指在水流中沿河底滚动、移动、跳跃或以层移方式运动的泥沙颗粒，在运动过程中随水流的强弱变化，推移质可与悬移质与床沙之间进行转换，加上推移质位于河流底层，且层厚很少，因此给实际测量造成了很大的困难。推移质的测量方法主要有直接测量法和间接测量法两类，直接测量包括沙波运动测量法、坑测法和取样器法等，前两种受限于水下地形影响测量精度，较少实施，第三种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；间接测量包括采用超声波法和光电法等，这些方法主要用于近底悬移质的测量，是否适用于推移质层的高浓度泥沙动动还有待检验，既然是间接测量，中间又多了一个转化的环节，增加了测量的失真程度。据 申请人:了解，申请号为200410066086.4的中国专利公开了一种直接测量推移质堆积厚度的推移质测量器，设有开关盒外壳，和由电阻构成的电路，开关盒上设有分别与电阻的两端连接的固定触板和活动触板，使用时河水推动推移质进入开关盒并在开关盒内积累、停留，堆积并推挤活动触板，致使电路断开或连接，实现测量。由上述
【发明内容】
可知，这种推移质测量器主要用于测量由于推移质泥沙淤积而产生的河床淤高的变化，它不能发映的推移质输沙平衡时的输沙率，更不能测量输沙率随时间的变化情况。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是根据现有技术存在的缺陷，根据坑测法的基本原理，提出一种坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，同时还给出了测量方法，可直接测量推移质泥沙的重量变化，从而推算出其输沙率，又可以进行长期监测，实现推移质泥沙的连续采样，实现推移质输沙率快速准确的实时测量。
[0004]本发明的坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，包括集沙筒外筒和设置在外筒内的集沙筒内筒，所述外筒的底部设有信号输出端与含智能器件的外部控制装置连接的水下压力仪，所述水下压力仪的顶端与内筒底端固定连接，所述内筒中设置排沙泵，所述集沙筒外设有冲沙泵，所述排沙泵、冲沙泵的受控端与外部控制装置连接，所述外筒的顶端设有截面为圆环形的筒盖，所述筒盖的上方设有筒帽，所述筒帽与筒盖之间设有进沙口。这样，该监测仪能够连续对推移质泥沙进行采样，从而推算出推移质输沙率，测量精确，能够反应推移质的连续变化，且通过排沙泵、冲沙泵可将内筒中的推移质泥沙清空排出，便于仪器实现连续的测量工作。
[0005]前述的坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其中所述筒盖上设有集沙漏斗，所述集沙漏斗的上端设置在筒盖的内圆面上，下端位于内筒中。这样，集沙漏斗起到隔离推移质泥沙进入内筒与外筒之间的水体中，保证水下压力仪中的水体与河道中的水体联通，保证压力仪的正常工作。
[0006]前述的坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其中所述水下压力仪采用防水材料，包括圆柱形壳体和设置在壳体内的至少三个压力传感器，所述压力传感器上设有与壳体外部相通的水压平衡管和数据传输接口，所述压力传感器通过数据传输接口及通讯线路与外部控制装置的信号输入端连接，所述外部控制装置的控制输出端与显示屏以及排沙泵、冲沙泵、水下压力仪的控制开关连接。这样，水压平衡管可消除测量环境中水深和波浪等变化的作用，保证水下压力仪内外的水压平衡，进而保证水下压力仪具有很高的测量精度，这种情况下，其采用防水材料能够实现该监测仪不受河水侵蚀，使其有较长的使用寿命。
[0007]前述的坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，在其中所述壳体圆周方向均布一组与内筒底面固定连接的支撑件。
[0008]前述的坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其中所述排沙泵为潜水式搅拌排沙泵，其出口设有排沙管；所述冲沙泵为潜水泵，其出口设有冲沙管。这样，冲沙泵可为排沙泵补充水量，保证排沙泵正常运行，排沙泵和冲沙泵共同作用，将沉积有内筒里的泥沙冲向下游。
[0009]前述的坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其中所述筒盖通过支撑架与筒帽固定连接，所述筒帽的直径大于或等于内筒的直径。
[0010]本发明的坐底式全天候推移质泥沙实时测量方法，包括以下步骤:
[0011]第一步、将监测仪埋入河底至进沙口底面与河床表面平齐后，外部控制装置设定水下压力仪的初始压力值，进入下一步；
[0012]第二步、待推移质泥沙在水流作用下由进沙口进入集沙筒的内筒并在内筒中沉积后，外部控制装置采集并记录不同时刻水下压力仪的测量压力值及相应测量时间，进入下
一步;
[0013]第三步、外部控制装置设定水下压力仪的最大压力值，并与当前的测量压力值比较，判断集沙筒内泥沙是否达到充满度以确定集沙筒内是否需要排沙，如是启动冲沙泵和排沙泵，直至测量压力值与初始压力值相符，进入下一步，如否重复第三步；
[0014]第四步、外部控制装置以本次测量压力值减去上次测量压力值后作为沉积在集沙筒内的泥沙重量，根据下式计算推移质的单宽输沙率，
【权利要求】
1.一种坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其特征是:包括集沙筒外筒和设置在外筒内的集沙筒内筒，所述外筒的底部设有信号输出端与含智能器件的外部控制装置连接的水下压力仪，所述水下压力仪的顶端与内筒底端固定连接，所述内筒中设置排沙泵，所述集沙筒外设有冲沙泵，所述排沙泵、冲沙泵的受控端与外部控制装置连接，所述外筒的顶端设有截面为圆环形的筒盖，所述筒盖的上方设有筒帽，所述筒帽与筒盖之间设有进沙口。
2.根据权利要求1所述坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其特征是:所述筒盖上设有集沙漏斗，所述集沙漏斗的上端设置在筒盖的内圆面上，下端位于内筒中。
3.根据权利要求1所述坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其特征是:所述水下压力仪采用防水材料，包括圆柱形壳体和设置在壳体内的至少三个压力传感器，所述压力传感器上设有与壳体外部相通的水压平衡管和数据传输接口，所述压力传感器通过数据传输接口及通讯线路与外部控制装置的信号输入端连接，所述外部控制装置的控制输出端与显示屏以及排沙泵、冲沙泵、水下压力仪的控制开关连接。
4.根据权利要求3所述坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其特征是:在所述壳体圆周方向均布一组与内筒底面固定连接的支撑件。
5.根据权利要求1所述坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其特征是:所述排沙泵为潜水式搅拌排沙泵，其出口设有排沙管；所述冲沙泵为潜水泵，其出口设有冲沙管。
6.根据权利要求2所述坐底式全天候推移质泥沙实时监测仪，其特征是:所述筒盖通过支撑架与筒帽固定连接，所述筒帽的直径大于或等于内筒的直径。
7.根据权利要求1至6所述的坐底式全天候推移质泥沙实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步、将监测仪埋入河底至进沙口底面与河床表面平齐后，外部控制装置设定水下压力仪的初始压力值，进入下一步；` 第二步、待推移质泥沙在水流作用下由进沙口进入集沙筒的内筒并在内筒中沉积后，外部控制装置采集并记录不同时刻水下压力仪的测量压力值及相应测量时间，进入下一I K少; 第三步、外部控制装置设定水下压力仪的最大压力值，并与当前的测量压力值比较，判断集沙筒内泥沙是否达到充满度以确定集沙筒内是否需要排沙，如是启动冲沙泵和排沙泵，直至测量压力值与初始压力值相符，进入下一步，如否重复第三步； 第四步、外部控制装置以本次测量压力值减去上次测量压力值后作为沉积在集沙筒内的泥沙重量，根据下式计算推移质的单宽输沙率， a _m _ n 、,込丨) 其中，Wi, Wh为水下压力仪两相邻时刻的测量压力值，ti，为与Wi, Wh对应两相邻的时间，b为内筒的宽度，根据监测数据和以上公式可以得出测量结果。
8.根据权利要求7所述的坐底式全天候推移质泥沙实时测量方法，其特征在于:在所述步骤一中，所述水下压力仪的初始压力值设为O。
9.根据权利要求7所述的坐底式全天候推移质泥沙实时测量方法，其特征在于，在所述步骤一和二之间还具有以下步骤:a、等待第一预定时间，外部控制装置采集水下压力仪的测量压力值，并与初始压力值比较，判断集沙筒内是否有泥沙，若是推移质泥沙进入集沙筒的内筒，进入下一步；如否递增一定时间，重复步骤a。
10.根据权利要求9所述的坐底式全天候推移质泥沙实时测量方法，其特征在于，在所述步骤a和步骤二之间还具有以下步骤:b、待推移质泥沙在集沙筒的内筒中沉积第二预定时间后，外部控制装置采集水下压力仪的测量压力值，并与最大压力值比较，判断集沙筒内泥沙是否达到充满度；如是则启动冲沙泵和排沙泵，直至测量压力值与初始压力值相符，并递减一定时间后 ，重复步 骤b ;如否则进行下一步。
【文档编号】G01M10/00GK103528791SQ201310508489
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】左其华, 应强, 窦希萍, 黄海龙, 周益人, 张新周, 假冬冬 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院