[发明专利]一种自稳式高精度泥沙推移质测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及一种自稳式高精度泥沙推移质测量系统及测量方法，测量方法包括确定测量河段、选定测量断面、规划测深船位置、测深船就位、测量前期准备工作、两点同时开始测量、处理原始数据以及计算并输出结果，本发明通过对河段河床形态稳定精确地测量，得出河床表面沙波的运动形态和特征，从而在不干扰河床原输沙以及水流条件下，对河床的单宽推移质输沙率作出实时准确的测量和分析。

技术领域

本发明涉及一种自稳式高精度泥沙推移质测量系统及测量方法，属于水利工程相关技术。

背景技术

推移质又称床沙载荷、底载荷、推移载荷、牵引载荷，是指在水流中沿河底滚动、移动、跳跃或以层移方式运动的泥沙颗粒，在运动过程中与床面泥沙(简称床沙)之间经常进行交换，是泥沙研究的重点问题之一；在山区河流，推移质的滚动、跳跃等移动强度往往很大，使得泥沙与河床之间的物质交换尤为频繁，这对河床床面形态的变化产生了巨大的影响，因此对推移质输沙率的研究，具有非常重要的意义，并且，在许多水利工程中，推移质是水库淤积、航道阻塞的主要因素，因此推移质的研究对于工程上来说同样具有重大意义。

推移质输沙率是用来衡量推移质运动强度的参数，它的测量对于水利工程或相关研究来说都是至关重要的，推移质输沙率的测量结果也是水利工程可行性研究报告需参考的重要依据之一；然而，河床床面泥沙和其边界的复杂性，以及波浪、水流等因素的非均匀性都造成了推移质的测量与分析极其困难。近年来，许多本技术领域研究人员提出了各种能在相对平稳条件下对推移质进行测量分析的方法，但是，对于水利工程极为重视的风浪大的恶劣天气下的推移质测定，至今没有很好的方法得到精确测量结果。

目前，国内对于推移质输沙率的测量系统和方法主要有三类，它们或多或少存在缺陷，或是测量对原地形扰动较大致使测量结果不精确，或是由于水流波浪影响，测量仪器没有良好的固定性，测量的准确度较差。例如，第一类采用取样器放置于原河床上进行取样，通过不同时刻取样的泥沙变化测量输沙率(申请号201811133449.X)，这种方法的取样器本身会对水流产生阻力而改变泥沙原有的水流和输沙条件，致使采样和测量的结果具有一定的误差。同时，取样器测量方法过于传统，缺乏自动化、实时化、数字化的要求，实施起来比较麻烦；第二类是坑埋测量装置的方法，将测量装置埋入河床事先挖好的坑中(申请号201310508489.9)，这种方法对水流的扰动较小，能获得较高的测量精度，但挖坑埋设实验装置后的河床表面难以保证与原河床表面高度一致，始终是对原河床表面有一定程度的破坏，难以保证测量的准确性；第三类方法是测量沙波的运动速度以及平均沙波高度，利用沙波相关参数求出推移质输沙率(申请号201711102626.3)，这种方法虽然克服了对原有河床的扰动，维持了原有的输沙条件，但是对于波浪较大的河流，由于波浪的影响，测量仪器的高程并不固定，而且它采用不同时刻的两段沙波运动，没有考虑到次生流对沙波形态的影响，使得测量的结果准确性难以得到保证。

发明内容

本发明提供一种自稳式高精度泥沙推移质测量系统及测量方法，通过对河段河床形态稳定精确地测量，得出河床表面沙波的运动形态和特征，从而在不干扰河床原输沙以及水流条件下，对河床的单宽推移质输沙率作出实时准确的测量和分析。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自稳式高精度泥沙推移质测量系统，包括测深船，在测深船上安装定位装置、通信装置、测量装置以及主控芯片，

前述的主控芯片包括数据采集单元、数据处理单元、数据输出单元、仪器位移跟踪单元以及仪器位移补偿单元，

测量装置包括旋杯式流速仪、超声波水深仪、加速度传感器、稳定装置以及垂直位移补偿装置，其中旋杯式流速仪、超声波水深仪以及加速度传感器安装在稳定装置上；垂直位移补偿装置包括安装在测深船上的绞车、主动液压缸、被动液压缸以及液压泵，