[发明专利]V型河道两岸沿程水位变化实验室采集方法和装置

说明书

本发明提供一种实验室中V型河道两岸沿程水位变化的采集方法和装置，结合V型水槽模型中的溃坝水流试验和图像二值化处理方法，提出一种基于图像处理的非浸入式测量方法。本发明可实现沿程水位变化情况的检测，有助于深入了解水流的运动特点与规律，解决传统手段只能单点测量的问题，同时成本低、耗时短、操作简便。

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，特别涉及一种V型河道两岸水位的模拟采集方法。

背景技术

高山峡谷中一旦出现极端洪水向下游传播，将造成巨大的人员伤亡和财产损失，峡谷的河道断面大致可概化为V型，由于很难对此种地形下的洪水传播进行原型观测，实验研究手段就显得尤为重要。在发生极端洪水事件时，两岸水位的变化决定了洪水淹没范围，作为指导预警、调度和救援工作的一项重要指标，如何准确捕捉两岸水位的变化过程具有重要的现实意义，传统水位的测量方法主要分为两种：一种是与水流有接触的浸入式测量方法，典型的如水位标尺和浪高仪等，通过读数或数字采集系统完成水位的测量；另一种是非浸入式的测量方法，典型的如超声波水深仪和雷达水位仪等，通过信号反射的时间差计算出水位变化。对于实验研究来说，沿程水位的变化情况有助于深入了解水流的运动特点与规律，但以上两种测量方法都只能得到固定点处的水位变化，若想得到沿程的水位变化则需要消耗大量的设备和时间来增加固定点的数量及相应的数据，不仅提高成本且耗时耗力。因此，找到一种更为简便且能同时获得V型河道两岸沿程水位变化的方法具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种V型河道两岸沿程水位变化的实验室采集方法，实现沿程水位变化情况的检测，有助于深入了解水流的运动特点与规律，解决传统手段只能单点测量的问题，同时成本低、耗时短、操作简便。

由于目前大部分大坝水库都建立在类似V型的河谷中，一旦在这样的河道中发生洪水灾害将严重威胁下游人民的生命财产安全，而目前这方面的研究还只能通过实验手段进行，目前还未对这种断面形状条件下的洪水演进开展实验研究，同时现在的数据采集手段还不能经济、有效、方便的得到两岸沿程水位的变化过程，故目前的采集方法具有相当重要的价值和意义所在。本发明结合V型水槽模型中的溃坝水流试验，提出一种基于图像处理的非浸入式测量方法来实现上述发明目的。

本发明所述“V型河道”、“V型水槽”是指河道和水槽的横断面形状为“V”型。

本发明提供的V型河道两岸沿程水位变化的采集方法，包括以下工艺步骤：

(1)平行于V型水槽纵向轴线在水槽外部两侧布置数个观测点，每个观测点处布置一台CCD相机拍摄两岸的水位变化；

(2)在水槽侧壁上布置平行于水槽轴线方向的标尺，用于确定水流的演进距离及每台CCD相机拍摄的水平宽度范围；

(3)为方便后期将图片进行二值化处理，利用染色剂事先将水槽中的水体染成深色，在水槽中形成已知水深的静止水体，通过拍照和对图片的二值化处理，从而确定一个像素点大小代表的实际水深，为后面的试验打下基础；

(4)利用闸门将水槽分成上下游两部分，再将水槽上下游的水位调节至试验所需高度后，开启CCD相机进行拍摄，随后利用安装在闸门上方的电机瞬时提起闸门形成溃坝洪水开展试验，待水流演进至试验设定时间后，关闭CCD相机停止拍摄；

(5)利用图像处理软件将CCD相机拍摄的视频转换为图片形式，同时以标尺上的刻度作为图片裁剪的依据，将同一时刻相邻相机拍到的重合区域进行裁剪，然后拼接成一张标尺连续的图；

(6)对所得图片进行二值化处理后，读取图片中每列黑色像素点的总个数，通过步骤(3)确定的比例关系换算得到沿程的水位变化过程。

进一步地，所述V型水槽左右侧壁可以是对称也可以是不对称的，对应模拟两河岸对称或不对称的V型河道，V型水槽左右侧壁与地面的夹角可以为0～90°(不为0°和90°)。