[发明专利]一种推移质颗粒运动的示踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水利工程的方法，特别涉及一种推移质颗粒运动的示踪方法，该方法适用于在室内实验中获取床面及床面下方一定深度处的示踪推移质颗粒，获得推移质运动的统计信息。其IPC国际专利分类号为E02B1／00。

背景技术

目前，推移质输移的示踪主要采用两种办法：其一是将微型电子定位器嵌入颗粒内部，定位器可以把各颗粒位置传输到计算机，该方法的优点是精度较高，缺点是仅适用于颗粒较大的卵石；其二是对粒径较小的推移质采用染色的示踪颗粒，对床面拍照后利用肉眼或图像处理技术统计染色示踪颗粒在某一区域内颗数或其位置的变化。此方法的缺点是仅能识别床面表层的示踪颗粒，无法解决推移质运动后颗粒间相互掩埋的问题。此外，沙质推移质往往在床面表层以下形成层移运动，而层移质的示踪一直是传统染色拍照法无法解决的难题。

发明内容

本发明的目的是：为了探究包括层移质在内的推移质输移规律，提供一种能在实验中示踪推移质颗粒的新方法，该方法能识别出床面及被掩埋的染色颗粒，得出其沿程分布，方法既简单易行，又结果可靠。

本方法解决技术问题所采用的方案：

一种推移质颗粒运动的示踪方法，包括以下步骤：

(1)初始床面用白色沙铺垫，用于研究输移规律的粒径颗粒采用颜色沙；

(2)按照实验水流条件，按推移质输沙级配混合该粒径颜色沙与其余粒径白色沙，在各水流条件下，把相应的级配沙从水槽上游加沙断面处均匀撒入，加沙速率根据该水流条件的实际输沙率确定，颜色沙出现在水槽下游的目标断面时停水；

(3)根据实验所需精度采样，采样范围为从加沙断面开始至颜色沙输沙末端，采样点沿水流方向等距离选取，采样面积相同，取样深度为往下不再有该颜色沙为止；依取样顺序将所采样品编号，并依次放入烘沙箱烘干；

(4)为了减小干扰，用筛子筛除颜色沙粒径以外的粒径颗粒，将筛选出的颗粒均匀撒在尺寸相同的白纸上，并使每颗颜色沙能被清楚分辨；白纸尺寸根据相机像素、取样量及颜色沙粒径确定，使每颗颜色沙能被清楚分辨；

(5)用高分辨率相机对准白纸拍照，用ImageJ1.46r将每张照片进行数字图像处理，测量颜色沙颗数；统计每张照片的颗粒数，最终得出所研究粒径的推移质沿流向在床面上的分布。

本方法的优点是，能识别床面及被掩埋的推移质颗数在床面位置的变化，为探究推移质颗粒输移规律提供有力手段，方法简单，容易实现。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1是本发明的示踪方法的流程图。

具体实施方式

初始床面采用白色沙铺垫，用于研究输移规律的推移质采用颜色沙。实验时，推移质输移一段距离后停水，根据实验精度要求采样，采样范围为推移质发生输移的初始横断面至输移结束的横断面，采样位置沿平行水槽中心线方向，采样间距根据实验需求确定，采样为等面积采样，采样深度到无该颜色沙出现为止。用烘箱烘干采样沙，用筛子筛除颜色沙粒径以外的颗粒以减小干扰，将筛选出的颗粒均匀撒在尺寸相同的多张白纸上，要使每颗颜色沙能被清楚分辨。最后用高分辨率相机拍摄白纸上的颗粒，利用数字图像处理软件识别并统计每张照片的颜色沙颗数，统计颜色沙在床面的分布。

推移质是特定实验水流条件下，在水槽床面附近运动的颗粒，颗粒不存在扬动，由接触质、跃移质和层移质组成。

颜色沙是非白色且颜色鲜明的颗粒，每种粒径对应一种颜色。

输移距离是指推移质从加沙断面被输移到目标断面，两断面之间的水槽中心线长度。

横向是指沿水槽中心线的各断面垂直于水流的方向。

均匀撒在尺寸相同的白纸上是指不出现成堆重叠，白纸尺寸是使颜色沙在照片中能被清楚分辨的白纸尺寸。

拍照时保持室内光照恒定。

以下结合实例(研究某粒径颗粒在非均匀床沙中输移的实验)具体阐述本方法在推移质示踪上的应用。

实施流程如下(图1所示)：

1.初始床面用白色沙铺垫，需要用于研究输移规律的粒径颗粒采用颜色沙。

2.按照实验水流条件，按推移质输沙级配混合该粒径颜色沙与其余粒径白色沙。在各水流条件下，把相应的级配沙从水槽上游加沙断面处均匀撒入，加沙速率根据该水流条件的实际输沙率确定。颜色沙出现在水槽下游的目标断面时停水。

3.根据实验所需精度采样，采样范围为从加沙断面开始至颜色沙输沙末端，采样点沿水流方向等距离选取，采样面积相同，取样深度为往下不再有该颜色沙止；依取样顺序将所采样品编号，并依次放入烘沙箱烘干。