[发明专利]一种小流域全自动三级测流装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及水文水资源工程、森林水文、水土保持、水循环实验的野外小流域出流测量领域，特别是涉及一种小流域全自动三级测流装置及其使用方法。

背景技术

国内外野外小流域的出流基本上是采用测流建筑物测量水位，再利用流量公式计算流量。《中华人民共和国水利行业标准-堰槽测流规范》(SL-24-91)(以下简称《堰槽测流规范》)规定了几种测流建筑物，主要是薄壁堰、宽顶堰、三角形剖面堰、平坦V型量水堰、长喉道槽、短喉道槽等。这几种测流建筑物各自有优缺点，薄壁堰适合在良好保养条件、能保证堰顶不致受损环境下使用，适用于测试非常小的流量；宽顶堰宜用于能够定期清淤除草的矩形河槽中，适用于中小河流；三角形剖面堰适用于水头损失小和测流精度要求高的天然河道；平坦V型量水堰的测流幅度比较大，特别适用于暴涨暴落的山溪性河流；长喉道槽可在含沙量较大的河流上应用，这种槽由于吼道长，相对来说不大经济，施工技术要求也高，且只能用于自由出流；短喉道槽比长喉道槽的投资低，其中应用较广的巴歇尔槽有一定的排沙(悬移质)能力，流量计算简便。

我国的一些暴雨洪峰陡涨陡落小流域，在枯水季节流量(0-0.0006m³/s)很小，而在洪水季节由于突降暴雨，洪峰流量(＞30m³/s)相对于枯季流量来说又很大，洪峰流量是枯季流量的50000多倍。而在我国，由于研究的需要，往往对洪、枯水都要求观测，这就给选择单一堰槽进行测流增加了难度。《堰槽测流规范》使用的堰、槽大多测流范围小，不能满足同时测大洪水、中等洪水、枯水流量三种需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提出了一种小流域全自动三级测流装置(见图1)，巧妙的把测量小流量的三角形薄壁堰、测量中流量的巴歇尔槽和测量大流量的适用于山溪性河流的平坦V型量水堰设计在一起，形成三级测流建筑物(见图2)。再在测流建筑物的设计要求的部位安放液位传感器，进行测量每个测流建筑物的水位，液位传感器的电信号传输到数据记录仪中记下每个水位值，根据水位-流量公式计算过水断面的流量。

由于《堰槽测流规范》和《中华人民共和国国家计量检定规程-明渠堰槽流量计试行检定规程》(JJG711-1990)(以下简称《检定规程》)中对平坦V型量水堰的设计要求一样，而《堰槽测流规范》提供的平坦V型量水堰流量计算公式相当复杂，《检定规程》提供的流量公式相对比较简单、实用，因此在设计三种建筑物时统一采用《堰槽测流规范》的设计要求设计，根据《堰槽测流规范》提供的三角形薄壁堰和巴歇尔槽流量计算公式计算小流量和中流量，采用《检定规程》提供的流量公式计算平坦V型量水堰测量的大流量。当流量在0-0.15m³/s之间时，利用测得的三角堰的水位计算流量，而测得的巴歇尔槽、平坦V型量水堰的水位不参与计算；当流量在0.15-2.5m³/s时，利用测得的巴歇尔槽的水位计算流量，而测得的三角堰、平坦V型量水堰的水位不参与计算；当流量在2.5-50m³/s之间时，利用测得的平坦V型量水堰的水位计算流量加上导流孔的流量则是整个断面的过水流量，而测得的三角堰、巴歇尔槽的水位不参与计算。本发明通过把《堰槽测流规范》中使用的三种测流建筑物设计在一起，每种建筑物的尺寸均按着《堰槽测流规范》的要求合理设计，液位传感器的传输的水位数据在±1mm之内，误差在5％之内，符合要求。

本发明之一是一种小流域全自动三级测流装置，是这样实现的：

所述的三级测流装置包括测流建筑物(1)，液位传感器(2)，数据采集器(3)；其中所述的测流建筑物(1)依次包括三角形薄壁堰(11)、平坦V型量水堰(12)、和巴歇尔槽(13)；

所述的三角形薄壁堰(11)为三角形薄壁堰；其堰口高P＝0.2m，堰顶部宽b＝0.6m，堰口角θ＝60°；

所述的平坦V型量水堰(12)堰宽b＝10m，堰顶横向坡度1∶10(上下游坡度分别取1∶2和1∶5)，V型堰口到堰顶的高度为0.5m，堰顶最低点至地板的高度P₁＝0.32m；

所述的巴歇尔槽的底板比平坦V型量水堰的底板低0.3m，翼墙高为0.5m，翼墙顶部比平坦V型量水堰的底板高0.2m；

另外

所述的平坦V型量水堰的底部有导流孔A(121)和导流孔B(122).导流孔的作用是三角形薄壁堰的水流通过导流孔留到下游，薄壁堰和平坦V型量水堰之间没有雍水，在未满流的情况下可以流过薄壁堰的最大流量，使水流形成清晰的水舌从三角形薄壁堰射出。