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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