CN105910589B - 明渠流量速测速算盘及使用方法 - Google Patents

明渠流量速测速算盘及使用方法 Download PDF

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Abstract

明渠流量速测速算盘及使用方法是测量水流的技术,它解决了目前水流测量中的技术难题,本装置是在转盘的中间安装着指针,铅锤由垂线连接在转盘中间的轴上;指针的一端连接在转盘中间的轴上;本发明适用于野外工程技术人员进行明渠边坡、底坡、水面宽度、水深元数据的测量和明渠均匀流流量的快速计算,同时也用于明渠工程设计、施工、监理及明渠糙率的估算与验证。

Description

明渠流量速测速算盘及使用方法
技术领域
本发明涉及测量水流的技术,尤其是明渠流量速测速算盘及使用方法。
背景技术
无论是黄河汛情的测报、防汛和引黄工程设计,还是水资源的统筹调配、使用费用征收,还是黄河治理开发研究,都需要以准确可靠的河道流量数据为基础。只有做到河道流量测算数据的准确,才能保证黄河防汛及水资源管理置于稳固的根基之上,才能实现决策科学正确、方案切实可行、运行高效有序、结果可测可控,从而保证整个系统的健康持续发展,最终实现维持黄河生命健康的目的。相反,如果无法保证河道流量数据准确可靠,这一切的一切都将是子虚乌有。因此,流量测算是黄河防汛及水资源管理的一项重要的基础工作,具有重大的作用与意义。
由于受断面形状与面积、边坡与底坡大小、湿周界面性质、水深及水质状况、水流状态类型等众多因素的影响,河道流量测算一直是理论与技术界的一大难题,实践中往往需要以高深的理论为指导测算众多变量与指标、查阅大量的资料数据、借助系列精密与现代化设备、利用繁杂公式进行复杂的计算,对工作人员的理论素养、技术水平和现代化办公能力提出较高的要求。
虽然随着我国经济的高速发展,黄河基层的管理队伍及各种设施得到了一定程度的改善,但由于受管理队伍更新规律及经济力量的限制,总体上还处于严重落后的状况,除个别关键部位能够利用先进技术设备进行流量测算外,基本上还是沿用传统管理手段与落后估算方式,技术落后,标准不一,效率低下,主观性强,可靠性差,数据误差大,难以客观反映满足黄河防汛及水资源管理的需要,甚至于在关键时刻无法获取全面、准确、有效的数据信息,甚至无法获取数据,对黄河防及水资源管理工作造成了极大的潜在风险。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便的明渠流量速测速算盘及使用方法,它解决了目前水流测量中的技术难题,本发明的目的是这样实现的,它是由转盘、指针、垂线、铅锤、固定轴连接而成,在转盘的中间安装着指针,铅锤由垂线连接在转盘中间的轴上;指针的一端连接在转盘中间的轴上。
所述的转盘,其为多转环双面设置,其中一面为元数据测算面,另一面为流量运算面;在每个转环的双面的外缘处分别设置有刻度;转盘的各个转环上分别设置有卡槽;各转环间均可以旋转;转盘为三层,中间层为固定层,三层中心安装着固定轴。
所述的垂线,其长度大于转盘的半径,可视具体需要而调整。
本发明的应用方法:本发明适用于野外工程技术人员进行明渠边坡、底坡、水面宽度、水深元数据的测量和明渠均匀流流量的快速计算,同时也用于明渠工程设计、施工、监理及明渠糙率的估算与验证。
测算明渠边坡坡度m值:第一步,测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置;第二步,将盘面置于垂直于地面且垂直于河道的状态;第三步,让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“边坡环”,让其零刻度对准垂线;第四步,测算人员目测并转动指针,直至指针、视线、边坡三线重合;如果需要,操作人员可适当、缓慢变换位置;第五步,从边坡环上读出指针所对应的刻度,此即河道边坡坡度值。
测算水面宽度B值:第一步,测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置,且高度为1.5或3.0米,视水面宽度而定,高度可用带标度的铅垂线标定;第二步,将盘面置于垂直于地面且垂直于河道的状态;第三步,让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“水面宽度环”,让其零刻度对准垂线;第四步,测算人员目测并转动指针,直至指针、视线1、水面起点A点在一条线上;第五步,从水面宽度环上读出指针所对应的刻度,此即宽度值OA的宽度值;第六步,用同样的方法测出宽度值OB的宽度值;第七步,用宽度值OB的宽度值减去宽度值OA的宽度值,差即得水面宽度。
测算水力坡度J值或河道底坡i值:利用明渠流量速测速算盘测算明渠水力坡度J值的方法步骤是,第一步测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置;第二步将盘面置于垂直于地面且平行于河道的状态;第三步让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“水力坡度J环”,让其基准值“1”对准铅垂线;第四步测算人员目测并转动指针,直至指针与水面流线平行,或与对岸水际线重合;第五步从水力坡度J环上读出指针所对应的刻度,此即水力坡度J值。
利用明渠流量速测速算盘测算明渠河道底坡i值的方法步骤,与测算明渠水力坡度J值相似,只是将指针与边坡底边线,或河道底坡与边坡的交线重合即可。
测算水深H值:测算水深时,通过将明渠流量速测速算盘上的铅锤直接沉入水中至河底,然后从垂线上的标度直接读出即可。
测算过水断面面积A值:河道过水断面面积,直接利用前面测得的水面宽度B值、水深H值和边坡m值直接求出,公式是:A=(B-mH)H。
测算过水断面湿周PW值:河道过水断面湿周,直接利用前面测得的水面宽度B值、水深H值和D值,或将D环基准值“1”与m环基准值“0”对齐,此时,与m值相对应的D环上的值便为D值直接求出,公式是:PW=B+DH。
明渠均匀流流量Q值计算:计算明渠均匀流流量要用明渠流量速测速算盘的计算面进行,在n、J、A、PW四个值已知的情况下,其方法步骤是:第一步,将流量环Q环的基准值“1”与水截面面积环A环的基准值“1”对齐;第二步,在A环上找到实际A值,并将其与湿周环PW环的基准值“1”对齐;第三步,在PW环上找到实际PW值,并将其与糙率环n环的基准值“1”对齐;第四步,在n环上找到实际n值,并将其与水力坡度环J环的基准值“1”对齐;第五步,在J环上找到实际J值,用指针辅助在流量环Q环上读出与实际J值对应的Q值,此Q值即为明渠均匀流流量。
测算糙率n值:在n、J、A、PW四个值已知的情况下,其方法步骤是:第一步将流量环Q环的基准值“1”与水截面面积环A环的基准值“1”对齐;第二步在A环上找到实际A值,并将其与湿周环PW环的基准值“1”对齐;第三步在PW环上找到实际PW值,并将其与水力坡度环J环的基准值“1”对齐;第四步在J环上找到实际J值,并将其与糙率环n环的基准值“1”对齐;第五步在Q环上找到实际Q值,读出n环上与之相对应的值,就是相应的水流n值,此n值即实际糙率。
本发明的意义:一是结构简单,操作方便;二是集成程度高、简洁明了;三是体积小、轻便易带;四是综合运用测算多种技术,巧妙运用了液体力学的多个原理与计算公式,并综合运用问题模型化、数据转换、间接计算、插值计算、去量纲化、数据直读等多种技术,将各种复杂的智力活动,转化、简化为简单的“转、对、读”机械操作;五是将河道测流中的元数据测算与流量计算集成到一起,实现了功能的整合,大大方便了一线工程技术人员。
附图说明
图1为明渠流量速测速算盘的结构示意图,图中1、转盘 2、指针 3、垂线 4、铅锤5、固定轴 6、刻度。
图2为明渠流量速测速算盘的侧视图,图中1、转盘 2、指针 3、垂线 4、铅锤 5、固定轴 6、刻度。
图3为渠流量速测速算盘测算明渠边坡坡度的示意图。
图4为明渠流量速测速算盘测算水面宽度的示意图。
图5为明渠流量速测速算盘测算水力坡度的示意图。
图6为明渠流量速测速算盘计算明渠均匀流流量的示意图。
图7为明渠流量速测速算盘测算糙率的示意图。
具体实施方式
实施例1,本发明是由转盘1、指针2、垂线3、铅锤4、固定轴5连接而成,在转盘1的中间安装着指针2,铅锤4由垂线3连接在转盘1中间的固定轴5上;指针2的一端连接在转盘1中间的固定轴5上。
所述的转盘1,其为多转环双面设置,其中一面为元数据测算面,另一面为流量运算面;在每个环的双面的外缘处分别设置有刻度6;转盘1的各个转环上分别设置有卡槽;各转环间均可以旋转;转盘为三层,中间层为固定层,三层中心安装着固定轴。
所述的垂线3,其长度大于转盘的半径,可视具体需要而调整。
本发明的应用方法:本发明适用于野外工程技术人员进行明渠边坡、底坡、水面宽度、水深元数据的测量和明渠均匀流流量的快速计算,同时也用于明渠工程设计、施工、监理及明渠糙率的估算与验证。
实施例2、测算明渠边坡坡度m值:第一步,测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置;第二步,将盘面置于垂直于地面且垂直于河道的状态;第三步,让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“边坡环”,让其零刻度对准垂线;第四步,测算人员目测并转动指针,直至指针、视线、边坡三线重合;如果需要,操作人员可适当、缓慢变换位置;第五步,从边坡环上读出指针所对应的刻度,此即河道边坡坡度值。
实施例3、测算水面宽度B值:第一步,测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置,且高度为1.5或3.0米,视水面宽度而定,高度可用带标度的铅垂线标定;第二步,将盘面置于垂直于地面且垂直于河道的状态;第三步,让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“水面宽度环”,让其零刻度对准垂线;第四步,测算人员目测并转动指针,直至指针、视线1、水面起点A点在一条线上;第五步,从水面宽度环上读出指针所对应的刻度,此即宽度值OA的宽度值;第六步,用同样的方法测出宽度值OB的宽度值;第七步,用宽度值OB的宽度值减去宽度值OA的宽度值,差即得水面宽度。
实施例4、测算水力坡度J值或河道底坡i值:利用明渠流量速测速算盘测算明渠水力坡度J值的方法步骤是,第一步测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置;第二步将盘面置于垂直于地面且平行于河道的状态;第三步让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“水力坡度J环”,让其基准值“1”对准铅垂线;第四步测算人员目测并转动指针,直至指针与水面流线平行,或与对岸水际线重合;第五步从水力坡度J环上读出指针所对应的刻度,此即水力坡度J值;
利用明渠流量速测速算盘测算明渠河道底坡i值的方法步骤,与测算明渠水力坡度J值相似,只是将指针与边坡底边线,或河道底坡与边坡的交线重合即可。
实施例5、测算水深H值:测算水深时,通过将明渠流量速测速算盘上的铅锤直接沉入水中至河底,然后从垂线上的标度直接读出即可。
实施例6、测算过水断面面积A值:河道过水断面面积,直接利用前面测得的水面宽度B值、水深H值和边坡m值直接求出,公式是:A=(B-mH)H。
实施例7、测算过水断面湿周PW值:河道过水断面湿周,直接利用前面测得的水面宽度B值、水深H值和D值,或将D环基准值“1”与m环基准值“0”对齐,此时,与m值相对应的D环上的值便为D值直接求出,公式是:PW=B+DH。
实施例8、明渠均匀流流量Q值计算:计算明渠均匀流流量要用明渠流量速测速算盘的计算面进行,在n、J、A、PW四个值已知的情况下,其方法步骤是:第一步,将流量环Q环的基准值“1”与水截面面积环A环的基准值“1”对齐;第二步,在A环上找到实际A值,并将其与湿周环PW环的基准值“1”对齐;第三步,在PW环上找到实际PW值,并将其与糙率环n环的基准值“1”对齐;第四步,在n环上找到实际n值,并将其与水力坡度环J环的基准值“1”对齐;第五步,在J环上找到实际J值,用指针辅助在流量环Q环上读出与实际J值对应的Q值,此Q值即为明渠均匀流流量。
实施例9、测算糙率n值:在n、J、A、PW四个值已知的情况下,其方法步骤是:第一步将流量环Q环的基准值“1”与水截面面积环A环的基准值“1”对齐;第二步在A环上找到实际A值,并将其与湿周环PW环的基准值“1”对齐;第三步在PW环上找到实际PW值,并将其与水力坡度环J环的基准值“1”对齐;第四步在J环上找到实际J值,并将其与糙率环n环的基准值“1”对齐;第五步在Q环上找到实际Q值,读出n环上与之相对应的值,就是相应的水流n值,此n值即实际糙率。

Claims (9)

1.明渠流量速测速算盘,它是由转盘(1)、指针(2)、垂线(3)、铅锤(4)、固定轴(5)连接而成,其特征是:在转盘(1)的中间安装着指针(2),铅锤(4)由垂线(3)连接在转盘(1)中间的固定轴(5)上;指针(2)的一端连接在转盘(1)中间的固定轴(5)上;转盘(1)为多转环双面设置,其中一面为元数据测算面,另一面为流量运算面;在每个转环的双面的外缘处分别设置有刻度(6);转盘(1)的各个转环上分别设置有卡槽;各转环间均可以旋转;转盘为三层,中间层为固定层,三层中心安装着固定轴;垂线(3)的长度大于转盘(1)的半径,并可视具体需要而调整。
2.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:测算明渠边坡坡度m值:第一步,测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置;第二步,将盘面置于垂直于地面且垂直于河道的状态;第三步,让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“边坡环”,让其零刻度对准垂线;第四步,测算人员目测并转动指针,直至指针、视线、边坡三线重合;如果需要,操作人员可适当、缓慢变换位置;第五步,从边坡环上读出指针所对应的刻度,此即河道边坡坡度值。
3.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:测算水面宽度B值:第一步,测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置,且高度为1.5或3.0米,视水面宽度而定,高度可用带标度的铅垂线标定;第二步,将盘面置于垂直于地面且垂直于河道的状态;第三步,让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“水面宽度环”,让其零刻度对准垂线;第四步,测算人员目测并转动指针,直至指针、视线1、水面起点A点在一条线上;第五步,从水面宽度环上读出指针所对应的刻度,此即宽度值OA的宽度值;第六步,用同样的方法测出宽度值OB的宽度值;第七步,用宽度值OB的宽度值减去宽度值OA的宽度值,差即得水面宽度。
4.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:测算水力坡度J值或河道底坡i值:利用明渠流量速测速算盘测算明渠水力坡度J值的方法步骤是,第一步测算人员手持明渠流量速测速算盘站在合适的位置;第二步将盘面置于垂直于地面且平行于河道的状态;第三步让铅锤自然下垂,旋转元数据测算面“水力坡度J环”,让其基准值“1”对准铅垂线;第四步测算人员目测并转动指针,直至指针与水面流线平行,或与对岸水际线重合;第五步从水力坡度J环上读出指针所对应的刻度,此即水力坡度J值;
利用明渠流量速测速算盘测算明渠河道底坡i值的方法步骤,与测算明渠水力坡度J值相似,只是将指针与边坡底边线,或河道底坡与边坡的交线重合即可。
5.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:测算水深H值:测算水深时,通过将明渠流量速测速算盘上的铅锤直接沉入水中至河底,然后从垂线上的标度直接读出即可。
6.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:测算过水断面面积A值:河道过水断面面积,直接利用前面测得的水面宽度B值、水深H值和边坡m值直接求出,公式是:A=(B-mH)H。
7.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:测算过水断面湿周PW值:河道过水断面湿周,直接利用前面测得的水面宽度B值、水深H值和D值,或将D环基准值“1”与m环基准值“0”对齐,此时,与m值相对应的D环上的值便为D值直接求出,公式是:PW=B+DH。
8.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:明渠均匀流流量Q值计算:计算明渠均匀流流量要用明渠流量速测速算盘的计算面进行,在n、J、A、PW四个值已知的情况下,其方法步骤是:第一步,将流量环Q环的基准值“1”与水截面面积环A环的基准值“1”对齐;第二步,在A环上找到实际A值,并将其与湿周环PW环的基准值“1”对齐;第三步,在PW环上找到实际PW值,并将其与糙率环n环的基准值“1”对齐;第四步,在n环上找到实际n值,并将其与水力坡度环J环的基准值“1”对齐;第五步,在J环上找到实际J值,用指针辅助在流量环Q环上读出与实际J值对应的Q值,此Q值即为明渠均匀流流量。
9.权利要求1所述明渠流量速测速算盘的使用方法,其特征是:测算糙率n值:在n、J、A、PW四个值已知的情况下,其方法步骤是:第一步将流量环Q环的基准值“1”与水截面面积环A环的基准值“1”对齐;第二步在A环上找到实际A值,并将其与湿周环PW环的基准值“1”对齐;第三步在PW环上找到实际PW值,并将其与水力坡度环J环的基准值“1”对齐;第四步在J环上找到实际J值,并将其与糙率环n环的基准值“1”对齐;第五步在Q环上找到实际Q值,读出n环上与之相对应的值,就是相应的水流n值,此n值即实际糙率。
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