[发明专利]坐底箱型推移质输沙率实时监测装置

说明书

本发明提供一种坐底箱型推移质输沙率实时监测装置，主要由坐底称重部分和推移质运动信号采集部分组成。所述坐底称重部分包括坐底箱、接沙筐、压力传感器和接沙筐承重板；所述压力传感器固定安装在坐底箱的底板上，所述接沙筐承重板坐于压力传感器上，接沙筐坐于接沙筐承重板上。所述推移质运动信号采集部分包括推移质运动冲击板、推移质运动传感器、安装座、运动数据采集器；推移质运动传感器固定安装在推移质冲击板上，所述推移质冲击板覆盖并固定在安装座上，安装座水平固定安装在坐底箱的外侧壁上；坐底箱和安装座固定于河床中。本发明能够实现利用直接测量法得到的推移质输沙率对间接测量法测量得到的推移质输沙率进行标定和系数验证。

技术领域

本发明属于河流推移质输沙率监测领域，具体涉及山区流域卵砾石和沙砾石河道中的推移质泥沙输沙率实时测量装置。

背景技术

推移质输沙率是河流动力学研究中一个尤为重要的物理量，直接影响了河流中的水流结构和河床演变等基础问题，也是解决目前众多水利工程设计、施工等实际问题的关键。推移质在床面收到水流作用以滚动、滑动、跳跃或者层移的方式运动。结合推移质的运动方式，目前国内外卵石推移质直接测量方法较多，且使用直接测量的采样器种类繁多，归纳起来分为器测法和坑槽法。器测法是将利用一种专门设计的机械装置或采样器直接放至河床直接测量推移质沙样的方法，主要有网篮式、压差式、锚固式。网篮式采样器通常用于粗颗粒的推移质测量，如卵石、砾石，一般由进口一个框架、后部采用一定孔径的金属网或者尼龙网覆盖、底部为一个不锈钢硬底或者软底。国外有代表性的采样器主要有美国地质调查局设计的BLH-84采样器，国内有代表性的主要有四川水文总站研制的M1、M2型采样器、重庆水文总站研制的Y64型采样器、长江委研制的Y802型采样器。压差式采样器则基于负压原理，将采样器出口面积设计成大于进口面积，形成负压。国外具有代表性的采样器主要有美国地质调查局设计的Helley-Smith采样器，国内有代表性的主要有长江委研制的Y781型采样器。锚固式采样器则是将一些槽型沿横断面固定在河床上，每间隔一定时间取出沙样进行分析。坑测法是在河床上沿横断面开挖一定深度和宽度的集沙坑，当泥沙沉积在坑内，可根据前后次坑内泥沙的重量和体积差得到该时段的推移质输沙率。

但是，这些常规直接测量的采样器目前主要面临以下几个困难：(1)仪器通常手动操作，因此在高流量或粗推移质颗粒输送时操作可能很困难且非常的危险；(2)采样器容易干扰当地流场影响测量精度，且采样时间取决于采样器的体积，导致采样效率较低；(3)由于推移质运动具有高度的时空脉动性，非持续性采样无法有效地反应推移质运动规律。除了直接测量法外，间接测量法指的是采集推移质泥沙在输移过程中的信号（如振动、透光率、噪音等），进而结合信号特征值或机器学习等方法反算推移质输沙率。由于是间接测量推移质输移产生的信号，增加了信号到实际输沙率的转化环节，这一环节尤为重要，目前也是在尝试使用各种方法，但无疑转化过程的存在是增加了推移质输沙率测量的误差。因此，间接测量法测量出来的信号是一定需要直接测量法得到的推移质输沙率来进行标定和系数验证的，这样才能为间接测量法提供必要的数据支持和精度验证。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中难以对山区流域卵砾石和沙砾石河道或溪沟中推移质泥沙输沙率进行直接实时测量的现状，提供一种坐底箱型推移质输沙率实时监测装置，实现在同一装置上实现对推移质输沙率的简单有效的间接实时测量和直接实时测量；并实现利用直接测量法得到的推移质输沙率对间接测量法测量得到的推移质输沙率进行标定和系数验证。

本发明结合坑槽法的锚固式直接采样器的优点，利用传感器技术来实时直接测量推移质泥沙输沙率和率定间歇推移质输沙率。

本发明提供的坐底箱型推移质输沙率实时监测装置，主要由坐底称重部分和推移质运动信号采集部分组成；