[发明专利]一种研究泄洪雾化雾源分布规律的装置

说明书

技术领域

本发明涉及高坝泄洪雾化防护领域，特别涉及一种研究泄洪雾化雾源分布规律的装置。

背景技术

水利工程特别是高坝工程泄洪时，下游局部区域内常出现较大规模的降雨和雾流弥漫现象，工程界称之为泄洪雾化。由于其引发的降雨强度(雨强)一般高达数百甚至数千mm/h以上，远远超过自然降雨中特大暴雨的雨强值(11.67mm/h)，从而对水利工程下游岸坡稳定、枢纽建筑物正常运行、交通安全以及周围环境产生较大危害。泄洪雾化引发的工程危害提醒我们必须在工程规划和设计阶段充分认识到泄洪雾化的危害性，并通过有效的防护手段避免或减少其负面影响。为此许多工程已经开始针对泄洪雾化进行专门的防护设计，其主要设计依据是泄洪雾化降雨强度及分布的预测成果。因此，泄洪雾雨预测成果的准确与否成为决定泄洪雾化防护设计成败的关键因素。由于问题的复杂性，目前的预测成果尚不能完全满足防护设计的需要，对工程安全运行带来较大影响。提高泄洪雾雨预测成果的准确性已经成为目前泄洪雾化研究中最重要的研究方向。

发明内容

一种研究泄洪雾化雾源分布规律的装置，包括：模拟泄洪建筑物，碰撞、反弹及激溅运动过程观测装置，泄洪雾化雾源量观测装置，泄洪雾化雾源形态观测装置；

所述模拟泄洪建筑物包括：高水箱、概化建筑物、下游地形建筑物，所述高水箱用于提供水源；高水箱可以通过调整的水位，使得水流流速大于6m/s，以消除表面张力的影响，保证模型水流掺气与原型情况基本相似；同时通过水位调整，保证泄水流量为600L/s-800L/s，尽量保证流态与原型相似。

概化建筑物模拟目前应用最为广泛的挑流泄水建筑物；所述概化建筑物通过钢架支撑，端部设置有鼻坎，所述鼻坎体型设计为连续坎，并具有不同的起挑角度，用于模拟不同起挑角度的挑流泄洪情况。

所述下游地形建筑物设置有梯形河道，建筑物的侧壁和底部全部采用透光的有机玻璃，并局部架空底部；

所述碰撞、反弹及激溅运动过程观测装置，包括设置在下游地形建筑物一侧、底部及水舌正上方的高速摄像机，所述高速摄像机用于观测碰撞、反弹及激溅运动过程，观测水舌入水碰撞时水舌形态及碰撞范围内下游水面形态变化；进而研究水舌入水后的水下运行轨迹、运行范围；观测水体反弹和激溅行为的发生时间等运动要素。

所述泄洪雾化雾源量观测装置，包括设置在下游地形建筑物上的地面收集装置和空中收集装置；所述地面收集装置包括设置在中溅水四周集水盒以及设置在集水盒外围的滴谱试纸，其中集水盒中的雨滴通过称重计算雾源量，外围降雨量较小的位置通过滴谱法对雨滴进行测量，提高观测精度。所述空中收集装置为在溅水区域上方沿水滴激溅方向设置的集水盒，用于收集流程较短的激溅雨滴(未能进入地面收集装置)，将其结果与地面收集雨滴合并计算。其中称重法通过精密电子秤对收集的水体进行称重。滴谱法则是采用专用染色纸收集雨滴样本，并依据取样前的雨滴斑痕的直径与空中雨滴直径之间的率定曲线，计算所收集雨滴的真实直径。

所述泄洪雾化雾源形态观测装置，包括在水舌入水位置设置在下游地形建筑物的梯形河道两侧的背景墙、下游地形建筑物的梯形河道上方设置高亮照明设备和烟雾发生器、以及在下游地形建筑物一侧、水舌正上方以及前方分别设置高速摄像机。通过高速摄影捕捉一定时间段内的雾源形态，分析雾源形态变化的时间序列，再将其组合形成一个完整序列周期内的雾源形态谱图。通过自主开发的泄洪雾化粒度分析软件，进行图像预处理(减少图像质量所引起的误差)，二值化处理(对数字化图像进行目标物与背景的分离，把颗粒独立出来)，然后对图像进行分析，自动检测出图像颗粒的个数，图像颗粒的面积、粒径等重要指标，得到每个颗粒的实际参数指标，再通过预先的率定试验所得到的率定参数，统计分析激溅水滴的数量及直径。激溅水滴的出射角度也可经过图像分析得到。

以往的溅水相关试验研究受研究方法和测试技术的局限，对挑流水舌入水碰撞、反弹及激溅的物理机制研究较少，尤其是没有对激溅水滴数量、直径分布以及反射角度开展相关研究，影响了泄洪雾化预测方法的发展。本发明中用于研究泄洪雾化雾源分布规律的装置，包括泄洪建筑物模拟系统、碰撞、反弹及激溅运动过程观测系统、泄洪雾化雾源量观测系统、泄洪雾化雾源形态观测系统，可以观测挑流水舌入水碰撞、水体反弹以及产生激溅的物理现象；精确测量泄洪雾化雾源量；捕捉一定时间段内的雾源形态。

附图说明

图1模拟泄洪建筑物

图2碰撞、反弹及激溅运动观测装置

图3泄洪雾化雾源量观测装置

图4泄洪雾化雾源形态观测装置