一种直渠式地表径流量测试设施的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种直渠式地表径流量测试设施，包括基于地表搭建的辅助设施以及测量设备，所述的测量设备包括计时传感器、光电式水深传感器以及径流测试仪，基于地表搭建的辅助设施包括拦污栅、铺盖、围坝以及开设在围坝中间的一段汇水口、测试渠、尾渠，一段汇水口处设有径流始讫计时传感器，测试渠处设有光电式水深传感器，下雨时产生的地表径流水，经拦污栅、铺盖被围坝拦截后，依次从汇水口、测试渠、尾渠后流出，径流始讫计时传感器测试出发生或结束地面径流的时间，光电式水深传感器测试出测试渠内的水深，结合径流测试仪综合计算得出地表径流量。该设施具有精度高、量程大、结构合理等特点，是一种测试不同地貌地表上较大径流量的设施。
【专利说明】
_种直渠式地表径流量测试设施
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种测量地表径流量的水文设备，具体的说是一种直渠式地表径流量测试设施。
【背景技术】
[0002]目前，通常的地表径流量测试仪器，只能测量农田水土保持的地表径流量，因所测量的地表径流量较小，所以不适用于山坡、丘陵、平原等不同地貌、植被繁多、大流量、大泥沙含量、漂浮物多等的地表径流量测试。
【实用新型内容】
[0003]针对上述现有测量地表径流量仪器设备的不足，本实用新型提出一种直渠式地表径流量测试设施，这种地表径流量测试设施采用带八字翼墙的汇水段、顺直明渠的测试渠、采用径流始讫计时传感装置以及光电式水深传感器，采用径流始讫计时传感测试产生径流的始讫时间、采用光电式水深传感器测试测试渠内的水深，以满足地貌复杂、大流量、大泥沙含量、漂浮物多的地表径流量测试。
[0004]本实用新型解决技术问题采用如下技术方案:
[0005]—种直渠式地表径流量测试设施，包括基于地表搭建的辅助设施以及测量设备，所述的测量设备包括计时传感器、光电式水深传感器以及径流测试仪，其特征在于:所述的基于地表搭建的辅助设施包括设置在开阔地面低处的一道围坝，在所述围坝上游的地面上设有铺盖，在该铺盖的上游边界上围有拦污栅，在所述围坝的中间开设一段过水断面为矩形的汇水口形成汇水段，在该汇水段的下游依次有测试渠、尾渠，所述的测试渠为顺直、等坡、矩形横断面的测试渠，所述尾渠为陡渠，下雨时产生的地表径流水，经所述的拦污栅、铺盖被围坝拦截后，依次从汇水段、测试渠、尾渠流出，所述的铺盖为簸箕状防渗体铺盖，该铺盖的最低处位于所述汇水段的上游端，所述的汇水段底部设有底板，两侧设有边板，底板的下游端比上游端低，汇水段的上游两侧各有一面连接汇水段两侧边板的八字型翼墙，并且汇水段底板上游端与铺盖最低处平齐连接，底板下游端与测试渠渠底的上游端平齐连接，测试渠渠底的下游端平齐连接尾渠；同时汇水段的底板和边板内还设有电缆管道，底板顶面中轴线的上游部位以及下游部位分别设有测点a和测点b，测点a和测点b的底板上分别密封嵌装有裸露的金属触头，连接测点a和测点b的金属触头的电缆从埋置于所述汇水段的底板和边板的电缆管道中引出连接位于外部的计时传感器形成径流始讫计时传感，所述的测试渠为包括渠底以及左侧渠壁和右侧渠壁，在所述测试渠渠底中轴线的中部有测试孔，在所述渠底和左侧渠壁内设有与测试孔连通的测试管，在左侧渠壁顶面处的测试管顶端套插安装有光电式水深传感器，流入测试渠内的地表径流水，通过测试孔流进测试管，测试渠与测试管内的水面为等压面，光电式水深传感器从测试管管内测量测试渠内的水深，所述径流始讫计时传感装置、光电式水深传感器肥料输出信号输送至外备的径流测试仪。
[0006]—种直渠式地表径流量测试设施，其特征在于:该测点a和测点b处分别通过底座设置金属触头，且保证测点a处金属触头与汇水段底板的顶面平齐，测点b金属触头高出汇水口底板的顶面，当发生地表径流时，径流水从汇水段的底板上流过，没过该底板的径流水将测点a、测点b金属触头之间导通电流，位于外部的计时传感器传感出初始发生径流的时间；当停止地表径流时，汇水段底板上的径流水全流走，阻断了测点a、测点b金属触头之间的电流，位于外部的计时传感器传感出结束径流的时间。
[0007]一种直渠式地表径流量测试设施，其特征在于:所述光电式水深传感器通过底座套插左侧渠壁顶面处的测试管顶端，所述的底座形同圆盒盖，其顶板中心设有中心通孔，顶板上放安装有测杆架，该测杆架内穿插着竖向移动的测杆，测杆为空心杆，测杆穿过该中心通孔进入测试管内，在测杆的右侧面上有齿条，在测杆的底端有反射式光遮断器，连接该反射式光遮断器的电缆从测杆的顶部引出；
[0008]在测杆架的后侧面上安装有旋钮，在该旋钮的轴端上有齿轮a，在测杆架的前侧面上依次安置有减速器、角位移传感器、电机，该减速器的输出轴轴端上有齿轮b，所述的齿轮
a、齿轮b与测杆上的齿条啮合;在所述减速器的齿轮轴上安置角位移传感器后，再与电机的主轴联接;所述角位移传感器由筒轴的三爪夹头夹住减速器的齿轮轴，启动所述的电机或转动旋钮，在所述的测杆上下移动的同时，所述角位移传感器的筒轴随减速器的齿轮轴同步转动;在所述角位移传感器的筒轴上安置有圆形调制片，在该调制片的边缘处有等距的数个透光孔，该些透光孔均为方形;在该调制片的一侧的器壳上安置有光电管，在该调制片的另一侧的器壳上并排安置有光敏元件a、光敏元件b，所述的光电管的光线通过调制片上的透光孔能照射到所述的光敏元件a、光敏元件b上；
[0009]当测杆底端的反射式光遮断器远离测试管管内的水面时，反射式光遮断器无信号输出，电机顺时针转动让测杆向下移动，调制片顺时针转动先后切换光敏元件a、光敏元件b上的光线；当测杆底端的反射式光遮断器接近测试管管内的水面时，电机逆时针转动让测杆向上移动，调制片逆时针转动先后切换光敏元件b、光敏元件a上的光线；总之，经自动控制让反射式光遮断器始终保持接近测试管管内的水面，实时测试测试管内的水深。
[0010]本实用新型的直渠式地表径流量测试设施基于以下工作原理:在《水力学》理论中，矩形断面的明渠均匀流的流量Q公式:Q=AC(Ri)1/2，式中:过水断面A=b(渠宽)Xh(水深);湿周X=b+2h;水力半径R=A/X;谢才系数C=R1/6/n;n为粗糙系数;i为底坡。从上述公式中得知:流量Q为水深h的函数，S卩Q=f(h)。本实用新型中的测试渠为直渠、等坡、矩形断面，属明渠均匀流，所以只要测得测试渠中的水深，便能测得地面径流量。在开阔地面低处按设计要求的长度L设置一道围坝，将求得的径流流量Q除以围堰长度L，便可得出单宽的径流流量q。下雨时地表产生的径流水，经一段汇水口流入测试渠，水淹没测点a和测点b的顶面，使测点a与测点b导通电流，径流始讫计时传感装置传感出初始发生径流的时间；停雨后地表不产生径流时，该段汇水口内的水全流走，阻断了测点a、测点b上的电流，径流始讫计时传感装置传感出结束径流的时间。光电式水深传感器经直渠式地表径流量测试仪的控制，测杆能自动上升或下降，让测杆底端的反射式光遮断器始终保持接近测试管管内的水面，届时轴套式光电角位移传感器跟随输出角位移的信号，该角位移信号经径流量测试仪的处理，便转换为测试渠的水深h数据。
[0011]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在:
[0012]本实用新型的直渠式地表径流量测试设施，适用于山坡、丘陵、平原等不同地貌、植被繁多、大流量、大泥沙含量、漂浮物多等的地表径流量测试，具有构造简单、精度高、量程大、灵敏度好、操作简便、实时输出数据等特点，是一种测试地表较大径流量、采集水文数据、预防地质灾害等的先进测试设施。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型的正视结构示意图；
[0014]图2为本实用新型的右侧剖视结构示意图；
[0015]图3为本实用新型的俯视结构不意图；
[0016]图4为本实用新型的测试渠横断面结构示意图；
[0017]图5为本实用新型的光电式水深传感器正剖视结构示意图；
[0018]图6为本实用新型的光电式水深传感器侧剖视结构示意图；
[0019]图7为本实用新型的角位移传感器正剖视结构示意图；
[0020]图8为本实用新型的角位移传感器侧剖视结构示意图；
[0021]图中标号:1、地面;2、径流水;3、铺盖;4、拦污栅;5、围坝;6、翼墙;7、汇水口；8、底板;9、测试渠；10、渠底；11、左侧渠壁;12、右侧渠壁;13、尾渠；14、测试孔;15、测试管；16、测点a; 17、测点b; 18、光电式水深传感器；19、底座;20、测杆架;21、旋钮;22、齿轮a; 23、测杆；24、齿条;25、反射式光遮断器;26、电机;27、减速器;28、齿轮b; 29、角位移传感器;30、器壳；31、筒轴;32、调制片;33、光电管;34、光敏电阻a;35、光敏电阻b;36、透光孔。
【具体实施方式】
[0022]参见图1、图2、图3和图4，一种直渠式地表径流量测试设施，包括基于地表搭建的辅助设施以及测量设备，所述的测量设备包括计时传感器、光电式水深传感器以及径流测试仪，所述的基于地表搭建的辅助设施包括设置在开阔地面低处的一道围坝5，在所述围坝5上游的地面I上有铺盖3，在该铺盖3的上游边界上围有拦污栅4，在所述围坝5的中间有一段汇水口 7，在该段汇水口 7的下游依次有测试渠9、尾渠13。下雨时产生的地表径流水2，经所述的拦污栅4、铺盖3被围坝5拦截后，依次从该段汇水口 7、测试渠9、尾渠13流出。所述的铺盖3为簸箕状，该铺盖3的最低处位于所述该段汇水口 5的上游端。所述该段汇水口 7的上游两侧各有一面连接两侧围坝的八字型翼墙6，该段汇水口 7的过水断面为矩形，该段汇水口 7底部设有防渗底板，两侧设有防渗边板，底板8的下游端比上游端低，以及底板8上游端与所述的铺盖3底部平齐连接。所述的测试渠9为顺直、等坡、矩形横断面，该测试渠9底部设有防渗渠底10，两侧分别为防渗左侧渠壁11和防渗右侧渠壁12，渠底10的下游端比上游端低，该渠底10的上游端与所述一段汇水口 7的下游端平齐连接，游端平齐连接所述的尾渠13，该尾渠13为陡渠。在所述测试渠9渠底10中轴线的中部有测试孔14，在所述渠底10和左侧渠壁11内有与所述测试孔14连通的测试管15，在左侧渠壁11顶面处的测试管15顶端套插安装有所述光电式水深传感器18。流入所述的测试渠9内的地表径流水2，通过测试孔14流进测试管15，测试渠9与测试管15内的水面为等压面，光电式水深传感器18从测试管15管内量测所述测试渠9内的水深。
[0023]所述一端段汇水口7底板8顶面中轴线的上游部位设有测点al6，下游部位设有测点bl7，在该测点al6和测点bl7的顶面中心均裸露着金属触头，该测点al6处金属触头与该段汇水口 7底板8的顶面平齐，该测点bl7金属触头高出该段汇水口 7底板8的顶面，连接测点al6和测点bl7的金属触头的电缆，从埋置于所述该段汇水口 7的底板8和边板的电缆管道中引出连接外部的计时传感器组成径流始讫计时传感器。当发生地表径流时，径流水2从该段汇水口 7的底板8上流过，没过该底板8的径流水2将测点al6、测点bl7金属触头之间导通电流，径流始讫计时传感器传感出初始发生径流的时间；当停止地表径流时，该段汇水口 7底板8上的径流水2全流走，阻断了测点al6、测点bl7金属触头之间的电流，径流始讫计时传感器传感出结束径流的时间。
[0024]所述光电式水深传感器和以及径流始讫计时传感器输出信号至外置的径流量测试仪。
[0025]参见图5和图6，所述光电式水深传感器18的底座19形同圆盒盖，在该底座19的顶板上安装有测杆架20，在该测杆架20内穿插着竖向移动的测杆23，测杆23为空心杆，在测杆23的右侧面上有齿条24，在测杆23的底端有反射式光遮断器25，该反射式光遮断器25的电缆从测杆23的顶部引出。在测杆架20的后侧面上安装有旋钮21，在该旋钮21的轴端上有齿轮a22，在测杆架20的前侧面上依次安置有减速器27、角位移传感器29、电机26，该减速器27的输出轴轴端上有齿轮b28，所述的齿轮a22、齿轮b28与测杆23上的齿条24啮合。在所述减速器27的齿轮轴上安置角位移传感器29后，再与电机26的主轴联接。
[0026]所述角位移传感器29由筒轴31的三爪夹头夹住减速器27的齿轮轴，启动所述的电机26或转动旋钮21，在所述的测杆23上下移动的同时，所述角位移传感器29的筒轴31随减速器27的齿轮轴同步转动。在所述角位移传感器29的筒轴31上安置有圆形调制片32，在该调制片32的边缘处有等距的数个透光孔36，该些透光孔36均为方形。在该调制片32的一侧的器壳30上安置有光电管33，在该调制片32的另一侧的器壳30上并排安置有光敏元件a34、光敏元件b35，所述的光电管33的光线通过调制片32上的透光孔36能照射到所述的光敏元件a34、光敏元件b35上。
[0027]在所述底座19的顶板中心有通孔，所述的测杆23穿过该中心孔进入测试管15内。当测杆23底端的反射式光遮断器25远离测试管15管内的水面时，反射式光遮断器25无信号输出，电机26顺时针转动让测杆23向下移动，调制片32顺时针转动先后切换光敏元件a34、光敏元件b35上的光线；当测杆23底端的反射式光遮断器25接近测试管15管内的水面时，电机26逆时针转动让测杆23向上移动，调制片32逆时针转动先后切换光敏元件b35、光敏元件a34上的光线；总之，经自动控制让反射式光遮断器25始终保持接近测试管15管内的水面，实时测试测试管15内的水深。
【主权项】
1.一种直渠式地表径流量测试设施，包括基于地表搭建的辅助设施以及测量设备，所述的测量设备包括计时传感器、光电式水深传感器以及径流测试仪，其特征在于:所述的基于地表搭建的辅助设施包括设置在开阔地面低处的一道围坝，在所述围坝上游的地面上设有铺盖，在该铺盖的上游边界上围有拦污栅，在所述围坝的中间开设一段过水断面为矩形的汇水口形成汇水段，在该汇水段的下游依次有测试渠、尾渠，所述的测试渠为顺直、等坡、矩形横断面的测试渠，所述尾渠为陡渠，下雨时产生的地表径流水，经所述的拦污栅、铺盖被围坝拦截后，依次从汇水段、测试渠、尾渠流出，所述的铺盖为簸箕状防渗体铺盖，该铺盖的最低处位于所述汇水段的上游端，所述的汇水段底部设有底板，两侧设有边板，底板的下游端比上游端低，汇水段的上游两侧各有一面连接汇水段两侧边板的八字型翼墙，并且汇水段底板上游端与铺盖最低处平齐连接，底板下游端与测试渠渠底的上游端平齐连接，测试渠渠底的下游端平齐连接尾渠；同时汇水段的底板和边板内还设有电缆管道，底板顶面中轴线的上游部位以及下游部位分别设有测点a和测点b，测点a和测点b的底板上分别密封嵌装有裸露的金属触头，连接测点a和测点b的金属触头的电缆从埋置于所述汇水段的底板和边板的电缆管道中引出连接位于外部的计时传感器形成径流始讫计时传感，所述的测试渠为包括渠底以及左侧渠壁和右侧渠壁，在所述测试渠渠底中轴线的中部有测试孔，在所述渠底和左侧渠壁内设有与测试孔连通的测试管，在左侧渠壁顶面处的测试管顶端套插安装有光电式水深传感器，流入测试渠内的地表径流水，通过测试孔流进测试管，测试渠与测试管内的水面为等压面，光电式水深传感器从测试管管内测量测试渠内的水深，所述径流始讫计时传感装置、光电式水深传感器肥料输出信号输送至外备的径流测试仪。2.根据权利要求1所述的一种直渠式地表径流量测试设施，其特征在于:该测点a和测点b处分别通过底座设置金属触头，且保证测点a处金属触头与汇水段底板的顶面平齐，测点b金属触头高出汇水口底板的顶面，当发生地表径流时，径流水从汇水段的底板上流过，没过该底板的径流水将测点a、测点b金属触头之间导通电流，位于外部的计时传感器传感出初始发生径流的时间；当停止地表径流时，汇水段底板上的径流水全流走，阻断了测点a、测点b金属触头之间的电流，位于外部的计时传感器传感出结束径流的时间。3.根据权利要求1所述的一种直渠式地表径流量测试设施，其特征在于:所述光电式水深传感器通过底座套插左侧渠壁顶面处的测试管顶端，所述的底座形同圆盒盖，其顶板中心设有中心通孔，顶板上放安装有测杆架，该测杆架内穿插着竖向移动的测杆，测杆为空心杆，测杆穿过该中心通孔进入测试管内，在测杆的右侧面上有齿条，在测杆的底端有反射式光遮断器，连接该反射式光遮断器的电缆从测杆的顶部引出； 在测杆架的后侧面上安装有旋钮，在该旋钮的轴端上有齿轮a，在测杆架的前侧面上依次安置有减速器、角位移传感器、电机，该减速器的输出轴轴端上有齿轮b，所述的齿轮a、齿轮b与测杆上的齿条啮合;在所述减速器的齿轮轴上安置角位移传感器后，再与电机的主轴联接;所述角位移传感器由筒轴的三爪夹头夹住减速器的齿轮轴，启动所述的电机或转动旋钮，在所述的测杆上下移动的同时，所述角位移传感器的筒轴随减速器的齿轮轴同步转动;在所述角位移传感器的筒轴上安置有圆形调制片，在该调制片的边缘处有等距的数个透光孔，该些透光孔均为方形;在该调制片的一侧的器壳上安置有光电管，在该调制片的另一侧的器壳上并排安置有光敏元件a、光敏元件b，所述的光电管的光线通过调制片上的透光孔能照射到所述的光敏元件a、光敏元件b上； 当测杆底端的反射式光遮断器远离测试管管内的水面时，反射式光遮断器无信号输出，电机顺时针转动让测杆向下移动，调制片顺时针转动先后切换光敏元件a、光敏元件b上的光线；当测杆底端的反射式光遮断器接近测试管管内的水面时，电机逆时针转动让测杆向上移动，调制片逆时针转动先后切换光敏元件b、光敏元件a上的光线；总之，经自动控制让反射式光遮断器始终保持接近测试管管内的水面，实时测试测试管内的水深。
【文档编号】G01F9/00GK205561947SQ201620256433
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】王宗志, 金菊良, 程亮, 刘克琳, 汪哲荪, 张玲玲, 赵君
【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