CN103353537B - 一种浅薄层水流流速测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浅薄层水流流速测定装置，包括支架，支架的四个腿可根据水深进行高度调节，沿支架横向两端横梁中点处，对称设有第一下伸竖梁和第二下伸竖梁，第一下伸竖梁和第二下伸竖梁之间固定有横梁，在横梁上安装有柔性弹簧和阻水挡片，其中，柔性弹簧套在横梁上，柔性弹簧的一端位于横梁与第一下伸竖梁的交界处，另一端固定有阻水挡片，该阻水挡片可沿横梁为轨道自由滑动，在支架的一侧安装有可拆卸的标尺板。整个设备可分解组装而变易携带，且使用方便，维护简单，造价十分低廉，具有较高的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种水流流速测定装置，特别是一种浅层水流流速测定装置，该装置尺寸可以适当调节、并基于采集得到的试验数据对设备进行校正，可广泛应用与不同含沙量水流流速测定中，如水土保持研究中坡面、沟道等水流流速测定。
背景技术
我国广大干旱半干旱地区水土流失十分严重，坡面及沟道水流流速、特别是浅薄层水流流速测定对于水土保持研究具有重要意义，水流速度测定与研究是定量分析土壤剥离剂水流挟沙能力的基础工作。目前，诸多土壤侵蚀模型中水流流速的测定多采用颜色及盐液示踪法测定得到，但是由于自然条件下水流坡面为糙度等因素的变化而形成的水流动床条件使得示踪法得到的水流流速与实际有一定差距。此外，因为不同流域水流含沙量的区别也导致了流速测定的误差，从而影响了土壤侵蚀模型预报结果的准确性。基于此，能够应用于多种条件下的浅薄层水流流速测定装置的研发就显得十分重要。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种浅薄层水流流速测定装置，该装置可广泛应用于水土保持研究科学中的坡面、沟道水流流速测定，设备构造简单，方便使用，且成本极低。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种浅薄层水流流速测定装置，包括支架，其特征在于，所述的支架的四个腿可根据水深进行高度调节，沿支架横向两端横梁中点处，对称设有第一下伸竖梁和第二下伸竖梁，第一下伸竖梁和第二下伸竖梁之间固定有横梁，在横梁上安装有柔性弹簧和阻水挡片，其中，柔性弹簧套在横梁上，柔性弹簧的一端固定于横梁与第一下伸竖梁的交界处，另一端固定有阻水挡片，该阻水挡片可沿横梁为轨道自由滑动，在支架的一侧安装有可拆卸的标尺板。
本发明的浅薄层水流流速测定装置，整个设备可分解组装而变易携带，且使用方便，维护简单，造价十分低廉，具有较高的测量精度。使用过程中可根据水深进行适当调节支架而插入坡面泥土中，能适应不同坡度条件下坡面浅薄层水流流速的测定。当坡面水流流速稳定后，由于水流对阻水挡片的冲击性而使得柔性弹簧得到拉伸，产生一定的形变量。由胡克定律可知，劲度系数一定的弹簧形变量与所受到的拉（推）力成一次性正比关系，即ΔF＝K×Δl，基于前期水流流速实测数据及柔性弹簧形变量Δl之间关系而得到水流流速U回归关系：U＝f(Δl)。柔性弹簧形变量Δl可通过临时固定（可移除）在支架G（墨绿色）上的标尺板得到，进而计算得到水流流速U。
附图说明
图1是本发明的浅薄层水流流速测定装置的结构图，其中，（a）是主视图，（b）是（a）的俯视图，（c）是（a）的左视图，图中的箭头和靶心均表示水流方向，且各部分尺寸可适当调整；
图2是两种工况下柔性弹簧D的形变示意图，图2中的工况①为柔性弹簧为原始状态，未被拉伸或压缩，形变量Δl=0，而工况②为经一定流速水流冲击后，由标尺F读取柔性弹簧D的一定形变量Δl＝x。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
一、结构设计：
参见附图1，本实施例给出一种浅薄层水流流速测定装置，包括支架G，该支架G的四个腿可根据水深进行高度调节，沿支架G横向两端横梁中点处，对称设有第一下伸竖梁A和第二下伸竖梁B，第一下伸竖梁A和第二下伸竖梁B之间固定有横梁C，在横梁C上安装有柔性弹簧D和阻水挡片E，其中，柔性弹簧D套在横梁C上，柔性弹簧D的一端固定于横梁C与第一下伸竖梁A的交界处，另一端固定有阻水挡片E，该阻水挡片E可沿横梁C为轨道自由滑动，在支架G的一侧安装有可拆卸的标尺板F。
工作时，将标尺板F固定于整体支架G的一边（如图2所示），其下端附有刻度，可方便读取柔性弹簧D的形变量数据。
二、工作原理：
本发明的浅薄层水流流速测定装置之所以能够比较真实的测定（计算）坡面水流表层流速，在于以下几个方面：一是支架G高度可以通过四个可伸缩腿进行调节，可将横梁C恰好与坡面水面线保持一致；二是柔性弹簧D因水流冲击阻水挡片E而形成一定的形变量Δl。
三、使用方法：
1、根据所测坡面坡度调整支架G四条腿的高度，使得横梁C与坡面流水面线基本一致；
2、根据坡面不同水流流速大小读取柔性弹簧形变量Δl，并采用电子流速仪测定水流实际流速，数据记录格式如下表所示：
| 电子流速仪测定的水流流速 | 柔性弹簧形变量 |
| U0=0 | 0 |
| U1 | Δ1 |
| U2 | Δ2 |
| U3 | Δ3 |
| U4 | Δ4 |
| U5 | Δ5 |
| U6 | Δ6 |
| U7 | Δ7 |
| U8 | Δ8 |
| U9 | Δ9 |
| U10 | Δ10 |
| … | … |
| Un | Δn |
3、由第二步可以得到坡面流速与形变量之间关系，并建立二者间关系式U＝f(Δl)；
4、实际使用过程中，仅需要通过标尺板F读取柔性弹簧D的形变量Δl，带入公式U＝f(Δl)即可计算得到坡面水流实际流速。
Claims (1)
1.一种浅薄层水流流速测定装置，包括支架（G），其特征在于，所述的支架（G）的四个腿可根据水深进行高度调节，沿支架（G）横向两端横梁中点处，对称设有第一下伸竖梁（A）和第二下伸竖梁（B），第一下伸竖梁（A）和第二下伸竖梁（B）之间固定有横梁（C），在横梁（C）上安装有柔性弹簧（D）和阻水挡片（E），其中，柔性弹簧（D）套在横梁（C）上，柔性弹簧（D）的一端固定于横梁（C）与第一下伸竖梁（A）的交界处，另一端固定有阻水挡片（E），该阻水挡片（E）可沿横梁（C）为轨道自由滑动，在支架（G）的一侧安装有可拆卸的标尺板（F）。
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