[发明专利]一种坡面流水深测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种坡面流水深测量的方法及装置，属于土壤侵蚀技术领域，坡面流水深测量的装置包括装置主体部分和水深测量触发电路；装置主体部分包括固定支架(a)、床底触脚(b)、定尺(c)、动尺(d)、角度调节装置(e)、容栅传感器电路模块(f)、测量探针(g)以及测量探针上的球形探头(m)；水深测量触发电路包括电源(h)、led灯(i)、蜂鸣器(j)和水深记录仪(k)；本发明可以精确测量坡面流水深数据，同时可根据不同实验需求选择床底触脚类型，可用于室内和野外坡面流测量。本发明的装置同时具有结构简单、价格低廉、工作可靠、精度高、方便实用的特点。

技术领域

本发明涉及一种坡面流水深测量的方法及装置，属于土壤侵蚀技术领域。

背景技术

水深是坡面流水动力学重要参数之一，是计算坡面流流速、水流剪切力、水流功率的基础参数。

在野外条件下，由于坡面流水深受下垫面状况、植被覆盖、降雨及其扰动的影响十分强烈，因此坡面流水深在野外条件极难直接测定。在实验室条件下，坡面流流量、坡度、下垫面糙率及输沙率等因素均可控制，坡面流水深的测量较之野外容易实现。

坡面流水深的测量方法分为直接测量和间接测量两类。直接测量采用直尺，游标卡尺等对水深直接进行测量。由于坡面流水深很小，一般在毫米级别，同时多点测量耗时较长，影响试验进度。另一方面，人工测量缺乏测针接触水面的判别标准，测量误差较大。间接的测量方法是通过测量流速来反推坡面流水深。常用的水流流速测定方法包括染色法、盐溶液法、热膜流速仪、超声波测量法等。染色法是目前比较常用的坡面流流速测量方法，当水流含沙量较高、水流颜色发生变化时，试剂颜色不易观察，容易产生测量误差；另一方面，染色法直接测量的坡面流表层的流速，需要矫正为平均流速，但矫正系数随水流工况的变化而变化且很难获得。盐溶液法受测流区长度和盐浓度分布函数的影响。热膜流速仪无法测量含沙水流的流速。超声波测量法需要在水槽中提前布置探头，测量成本和难度较高，不适于野外坡面流测量。综上所述，由于流速很难准确测量，通过流量除以流速间接计算水深也存在较大误差。

容栅传感器具有工作可靠、功耗低、体积小、重量轻、频响速度快、安装方便、寿命长等优点，非常适宜在野外及恶劣的条件下工作。在民用和军用方面应用越来越广泛。目前市场上应用的容栅传感器的测量精度可达0.01mm，完全可以满足水深测量的精度的要求。

综上所述，目前坡面流水深的直接测量方法，主要缺少的是判断探针接触到水面的标准，测量精度受研究员测量经验和随机误差的影响较大，且传统的游标卡尺读数耗时久，影响试验进度。而间接的测量方法的适用环境有限，测量精度受到水流工况的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种极大地提高坡面流水深测量精度，同时极大地减小由于人员操作的带来的随机误差，能够完成不同水力工况下的坡面流水深测量的坡面流水深测量的方法及装置。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种坡面流水深测量的装置，其包括装置主体部分和水深测量触发电路；

所述装置主体部分包括固定支架a、床底触脚b、定尺c、动尺d、角度调节装置e、容栅传感器电路模块f、测量探针g以及测量探针上的球形探头m；

固定支架a包括顶板以及与所述顶板连接并位于所述顶板下部的多个支腿；

所述顶板底部固定有角度调节装置e；

角度调节装置e的下部固定有定尺c；动尺d的内端可滑动地布置于定尺c上，动尺d上固定有容栅传感器电路模块f；测量探针g位于动尺d的下方，测量探针g的底端设有球形探头m，测量探针g的顶端与动尺d的外端连接；

床底触脚b的顶端与定尺c的下端固接，并与定尺c同轴；动尺d移至最低点时，床底触脚b和球形探头m的最下端平行；定尺c、动尺d和容栅传感器电路模块f共同组成容栅传感器，容栅传感器电路模块f包括容栅传感器电路；