(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利地址454000河南省焦作市高新區(qū)世紀(jì)大專利權(quán)人焦作煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司華北水利水電大學(xué)(普通合伙)41131專利代理師朱俊峰一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置及方法，右支架之間設(shè)有一根纜繩，纜繩與河水流向垂旋轉(zhuǎn)連接座或者滑動(dòng)設(shè)有用于固定連接聲波測(cè)雷達(dá)測(cè)速儀通過無線通訊的方式與信號(hào)接收器2旋轉(zhuǎn)連接座包括固定板和活動(dòng)板，固定板左側(cè)開設(shè)有兩個(gè)上下對(duì)應(yīng)的左連接孔，固定板右側(cè)開設(shè)有兩個(gè)上下對(duì)應(yīng)的右連接孔，兩個(gè)左連接孔通過一組U型螺栓及螺母與纜繩固2.采用如權(quán)利要求1所述的一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在搭設(shè)一條張緊的纜繩，先將兩組U型螺栓及螺母將旋轉(zhuǎn)連接座的固定板連接到(5)取下聲波測(cè)深儀，在動(dòng)滑輪組件上裝上雷達(dá)測(cè)速儀，雷達(dá)測(cè)速儀距離水面要大于0.5m,按照步驟(4)中標(biāo)記在纜繩上的30-40個(gè)點(diǎn)，將動(dòng)滑輪組件移動(dòng)到標(biāo)記點(diǎn)的位置，雷達(dá)測(cè)速儀依次測(cè)出每個(gè)點(diǎn)正投影在河面上的位置的表面流速V表；(7)結(jié)合河道斷面曲線和各點(diǎn)到河道底部的垂線的間隔位置可將該河道斷面劃分為多積的公式33.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置的乘以比例系數(shù)t,即為河道真實(shí)的濕周長(zhǎng)度。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置的2)水深大于或等于1.5m小于3.0m時(shí)可采用0.2,0.8相Vm一垂線平均流速V?0Vo2…V1.分別為相對(duì)水深0.0.0.2…1.0處的水速K、K?、K?分別為半深、水深、0.2相對(duì)水深處的流速系數(shù)4一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置及方法技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于水文及地質(zhì)相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置及方法。背景技術(shù)[0002]目前，對(duì)于北方的大洪水流量測(cè)驗(yàn)手段仍主要靠浮標(biāo)法。由于北方河流比降大，流速高，特別是一些流域植被差的中小河流，產(chǎn)匯流時(shí)間短，暴雨洪水過程陡漲陡落，峰頂持續(xù)時(shí)間短，水流對(duì)鉛魚、流速儀的沖擊力大，所以對(duì)一些特殊環(huán)境下的斷面流量測(cè)量就顯得特別重要。[0003]流量資料具有極為重要的作用，涉及防洪安全、水文水利計(jì)算、水資源評(píng)價(jià)等各個(gè)方面，因此河流流量測(cè)量是水文工作的重要內(nèi)容。每年需要耗費(fèi)大量的人力物力去完成測(cè)驗(yàn)任務(wù)。為了減輕流量測(cè)驗(yàn)工作量，長(zhǎng)期以來，水文工作者都在尋找減少流量測(cè)驗(yàn)次數(shù)的方201810948626.3一種非接觸式雷達(dá)測(cè)流的河道斷面流量計(jì)，在雷達(dá)探頭測(cè)點(diǎn)所在的河道橫斷面上，按一定的距離間隔進(jìn)行斷面測(cè)量，基于實(shí)測(cè)斷面數(shù)據(jù)，進(jìn)行斷面多項(xiàng)式曲線擬合，并根據(jù)探頭位置、實(shí)測(cè)水位、表面流速及河床糙率，結(jié)合水力學(xué)曼寧公式，計(jì)算河道斷面水面比降，然后，基于水力學(xué)天然河道流量計(jì)算原理，選擇一定數(shù)量的垂線對(duì)河道斷面進(jìn)行均勻劃分，依次計(jì)算各條垂線水深及對(duì)應(yīng)的垂線上平均流速，再在每個(gè)垂線間隔中點(diǎn)處作虛垂線，數(shù)條垂虛線與斷面擬合曲線以及河道水位線構(gòu)成數(shù)個(gè)不規(guī)則的多邊形，依次計(jì)算每[0005]但是，該方案存在較多的缺陷，具體包括：雷達(dá)流量計(jì)所測(cè)的為表面流速，并非真實(shí)流速，真實(shí)流速和表面流速之間存在一個(gè)水面流速系數(shù)，需要對(duì)表面流速進(jìn)行流速矯正，用矯正后的流速采用流速面積法，計(jì)算河道大斷面流量，可以是實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。[0006]非接觸式雷達(dá)測(cè)流的河道斷面流量計(jì)，按一定的距離間隔進(jìn)行斷面測(cè)量，記錄高程坐標(biāo)，并繪制河流橫斷面實(shí)測(cè)圖，對(duì)于小部分的河道斷面凹凸情況無法正確模擬出來且測(cè)量次數(shù)過多。[0007]因此，有必要設(shè)計(jì)一種具有相對(duì)簡(jiǎn)單且精確度較高的裝置及方法，來實(shí)現(xiàn)對(duì)不規(guī)則斷面流量的測(cè)量。發(fā)明內(nèi)容[0008]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種原理科學(xué)、操作方便、測(cè)試結(jié)果精確度高的不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置及方法。[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)、信號(hào)接收器、左支架和右支架，左支架和右支架分別設(shè)置在河道左右兩側(cè)，左支架和右支架之間設(shè)有一根纜繩，纜繩與河水流向垂直，纜繩上固定設(shè)有用于固定安5裝聲波測(cè)深儀的旋轉(zhuǎn)連接座或者滑動(dòng)設(shè)有用于固定連接聲波測(cè)深儀及雷達(dá)測(cè)速儀的動(dòng)滑[0010]旋轉(zhuǎn)連接座包括固定板和活動(dòng)板，固定板左側(cè)開設(shè)有兩個(gè)上下對(duì)應(yīng)的左連接孔，固定板右側(cè)開設(shè)有兩個(gè)上下對(duì)應(yīng)的右連接孔，兩個(gè)左連接孔通過一組U型螺栓及螺母與纜之間搭設(shè)一條張緊的纜繩，先將兩組U型螺栓及螺母將旋轉(zhuǎn)連接座的固定板連接到纜繩長(zhǎng)度的位置記錄每次旋轉(zhuǎn)角度，聲波測(cè)深儀將探測(cè)到河道斷面底部邊界的距離的數(shù)值信號(hào)，線上選擇合適數(shù)量的坐標(biāo)，依次記錄(X?,Y?),(X?,Y?)等等，6[0020]步驟(3)具體為：濕周測(cè)量裝置采用若干根針，所用針長(zhǎng)40mm,直徑0.3mm,將這種規(guī)格的針等間隔排列，相鄰兩根針的間距d為0.1mm,將河流曲線模型按壓在等間隔排列的針尖上，其中第一個(gè)針的針尖觸碰到河流曲線模型的位置不變，設(shè)置為參照，為原點(diǎn)位置，針尖會(huì)反映該曲面的形狀，由于針尖的間距d較小，所以河流曲面的長(zhǎng)度L近似等于針相對(duì)于原點(diǎn)的參照針的長(zhǎng)度h,將各個(gè)針的相對(duì)長(zhǎng)度h累加，得到的和就是縮小模型的河流曲線濕周長(zhǎng)度，再乘以比例系數(shù)t,即為河道真實(shí)的濕周長(zhǎng)度。[0021]步驟(6)的具體計(jì)算過程為：取下雷達(dá)測(cè)速儀，在動(dòng)滑輪組件上裝上精度較高的單點(diǎn)式流速計(jì)，根據(jù)不同標(biāo)記點(diǎn)處垂線的水深大小，選擇不同精測(cè)流速測(cè)點(diǎn)的數(shù)目，結(jié)合垂線上平均流速的計(jì)算公式，算出垂線上的平均流速，以起始測(cè)點(diǎn)為原點(diǎn)，表面流速為橫坐標(biāo)，1)水深小于1.5m時(shí)，可采用0.6或0.5相對(duì)水深一點(diǎn)法；2)水深大于或等于1.5m小于3.0m時(shí)可采用0.2,0.8相對(duì)水深二點(diǎn)法；3)水深大于或等于3.0m,小于5.0m時(shí)，可采用三點(diǎn)法；4)水深大于或等于5.0m時(shí)，采用六點(diǎn)法；垂線上平均流速計(jì)算公式：3.二點(diǎn)法：Vm一垂線平均流速V0.oVo.2…V1.0分別為相對(duì)水深0.0.0.2…1.0處的水速K、K?、K?分別為半深、水深、0.2相對(duì)水深處的流速系數(shù)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置和測(cè)量方法，在河流橫斷面上，放置一個(gè)帶有角度測(cè)量的旋轉(zhuǎn)連接座，在旋轉(zhuǎn)連接座上安裝的聲波測(cè)深儀，基于該聲波測(cè)深儀到實(shí)測(cè)斷面界面的距離和角度測(cè)量，結(jié)合聲波測(cè)深儀器本身坐標(biāo)的測(cè)量，繪制出該河道斷面示意圖。根據(jù)河道斷面曲線的坐標(biāo)，結(jié)合坐標(biāo)值計(jì)算多邊形面積的公式，可算出任意河道斷面的面積。將所得河流曲線形狀制作出比例縮小的河流曲線模型，結(jié)合設(shè)計(jì)的濕周測(cè)量裝置與模型縮小的比例系數(shù)，即可算出濕周長(zhǎng)度。在河道橫斷面上按一定的距離間隔借助雷達(dá)流速計(jì)和聲波測(cè)深儀進(jìn)行斷面流速測(cè)量和深度測(cè)量，測(cè)出的數(shù)據(jù)分別為河流斷面的表面流速和某一垂線上的深度，通過單點(diǎn)式流速計(jì)測(cè)出的平均流速和雷達(dá)流速計(jì)測(cè)出的表面流速作圖，得出表面流速系數(shù)進(jìn)行流速矯正，用矯正后的流速采用流速面積法，計(jì)算河道大斷面流量。7[0031](1)真實(shí)流速和表面流速之間存在一個(gè)水面流速系數(shù)，需要對(duì)表面流速進(jìn)行流速矯正，用矯正后的流速采用流速面積法，計(jì)算河道大斷面流量，可以是實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。[0032](2)本次設(shè)計(jì)利用微分原理設(shè)計(jì)出濕周測(cè)量裝置，使得濕周測(cè)量結(jié)果更加的精確。[0033](3)采用旋轉(zhuǎn)連接座配合聲波測(cè)深儀，可以更好的了解河道斷面小規(guī)模的凹凸情況，并隨著角度和距離正確模擬出河道斷面；[0034](4)采用的旋轉(zhuǎn)連接座，方便安裝聲波測(cè)深儀，并且也方便連接纜繩，聲波測(cè)速儀旋轉(zhuǎn)角度可以通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸內(nèi)圈的轉(zhuǎn)軸，通過指針指向角度刻度來確定，從而提高了測(cè)量的精度。附圖說明[0035]圖1是本發(fā)明在纜繩上設(shè)置聲波測(cè)深儀的示意圖；[0036]圖2是本發(fā)明在纜繩上設(shè)置雷達(dá)測(cè)速儀的示意圖；[0037]圖3是圖1中旋轉(zhuǎn)連接座的放大圖；[0038]圖4是連接固定板與纜繩的U型螺栓的示意圖；[0039]圖5是連接聲波測(cè)深儀和活動(dòng)板的螺絲的示意圖；[0040]圖6是濕周測(cè)量裝置的工作原理圖。具體實(shí)施方式[0041]如圖1-6所示，本發(fā)明的一種不規(guī)則河道斷面流量測(cè)量裝置，包括計(jì)算機(jī)1、信號(hào)接收器2、左支架3和右支架4,左支架3和右支架4分別設(shè)置在河道5左右兩側(cè)，左支架3和右支架4之間設(shè)有一根纜繩6,纜繩6與河水流向垂直，纜繩6上固定設(shè)有用于固定安裝聲波測(cè)深儀7的旋轉(zhuǎn)連接座或者滑動(dòng)設(shè)有用于固定連接聲波測(cè)深儀7及雷達(dá)測(cè)速儀8的動(dòng)滑輪組件9,聲波測(cè)深儀7和雷達(dá)測(cè)速儀8通過無線通訊的方式與信號(hào)接收器2傳輸信號(hào)，信號(hào)接收器2與計(jì)算機(jī)1通訊連接。[0042]旋轉(zhuǎn)連接座包括固定板10和活動(dòng)板11,固定板10左側(cè)開設(shè)有兩個(gè)上下對(duì)應(yīng)的左連接孔12,固定板10右側(cè)開設(shè)有兩個(gè)上下對(duì)應(yīng)的右連接孔13,兩個(gè)左連接孔12通過一組U型螺栓14及螺母與纜繩6固定連接，兩個(gè)右連接孔13通過另一組U型螺栓14及螺母與纜繩6固定連接，固定板10背離纜繩6的一側(cè)面中部固定設(shè)有軸承座15,軸承座15內(nèi)安裝有軸承16,軸承16外圓與軸承座15內(nèi)圓過盈配合，軸承16內(nèi)圓過盈裝配有轉(zhuǎn)軸17,轉(zhuǎn)軸17外端與活動(dòng)板11的一側(cè)面固定連接，軸承16外圈的端面上沿圓周方向設(shè)有360°的角度刻度，轉(zhuǎn)軸17外圓設(shè)有用于指向角度刻度的指針18,活動(dòng)板11上開設(shè)有多個(gè)安裝孔19,聲波測(cè)深儀7通過穿過安裝孔19的螺絲20固定連接在活動(dòng)板11上。[0043]動(dòng)滑輪組件9為現(xiàn)有常規(guī)結(jié)構(gòu)，不再贅述。聲波測(cè)深儀7及雷達(dá)測(cè)速儀8安裝在動(dòng)滑輪組件9上也采用螺栓固定的方式即可。[0044]一種不規(guī)則河道5斷面流量測(cè)量裝置的測(cè)量方法，包括以下步驟：[0045](1)選定一條河道5,在河道5左右兩側(cè)分別架設(shè)左支架3和右支架4,在左支架3和右支架4之間搭設(shè)一條張緊的纜繩6,先將兩組U型螺栓14及螺母將旋轉(zhuǎn)連接座的固定板10連接到纜繩6長(zhǎng)度方向的中間位置，然后將聲波測(cè)深儀7通過螺絲20固定到旋轉(zhuǎn)連接座的活8動(dòng)板11上，在河道5的堤岸上利用GPS定位裝置和全站儀，記錄聲波測(cè)深儀7探頭的三維坐[0047](3)將所得河道5斷面曲要大于0.5m,按照步驟(4)中標(biāo)記在纜繩6上的30-40個(gè)點(diǎn)，將動(dòng)滑輪組件9移動(dòng)到標(biāo)記點(diǎn)的[0051](7)結(jié)合河道5斷面曲線和各點(diǎn)到河道5底部的垂線的間隔位置可將該河道5斷面規(guī)格的針等間隔排列，相鄰兩根針的間距d為0.1mm,將河流曲線模型按壓在等間隔排列的于原點(diǎn)的參照針的長(zhǎng)度h,將各個(gè)針的相對(duì)長(zhǎng)度h累加，得到的和就是縮