CN108225244B - 一种淤积厚度的测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淤积厚度的测量方法及系统，获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1，以进一步获取理论的断面平均流速v2或者过水断面的理论液位高度h2，再根据实际的数值与理论数值进行是否有淤积判断；发生淤积时，根据过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h，方便快捷准确，可有效解决淤积不易监测和在线监控的老大难问题，能够长期稳定可靠的工作。

Description

一种淤积厚度的测量方法及系统

技术领域

本发明涉及淤积厚度监测领域，尤其是一种淤积厚度的测量方法及系统。

背景技术

超声多普勒流量计、雷达流速仪、激光/雷达/超声波液位计等都是常见的液体流速液位监测装置，主要应用于城市排水管网(雨水管、污水管、雨污合流管)、河渠流量在线自动监测中，采集管道、河渠等的流量、流速和液位等信息，为排水管网流量模拟及验证、洪涝模拟、排水管网养护、河流水文监测及灌溉信息化等提供精确的数据信息。目前，传统流速液位测量装置通常由上位机、线缆以及监测装置组成，通过监测装置监测液位和流速，结合断面形状和时间信息，计算出瞬时流量和累计流量，但是无法测量是否出现淤积情况和淤积物厚度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种淤积厚度的测量方法及系统，用于方便快捷准确地获取淤积厚度。

本发明所采用的技术方案是：一种淤积厚度的测量方法，包括以下步骤：

获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1；

根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2；

根据所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积；

发生淤积时，根据所述过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h。

进一步地，所述根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2的计算公式是：

其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度。

进一步地，所述根据所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积的判断方法为：

当所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2的比值大于预定比值时，判断发生淤积；或者，

当所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2的比值大于预定比值时，判断发生淤积。

进一步地，所述根据所述过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h的方法为：

将所述过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1代入公式

获取淤积厚度△h，其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度。

本发明所采用的另一技术方案是：一种淤积厚度的测量系统，包括：

实际值获取单元，用于获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1；

理论值获取单元，用于根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2；

判断单元，用于根据所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积；

淤积厚度计算单元，用于发生淤积时，根据所述过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h。

进一步地，所述实际值获取单元包括接触式液体流速液位监测装置或非接触式液体流速液位监测装置。

进一步地，所述根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2，或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2的计算公式是：

其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度。

进一步地，当所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2的比值大于预定比值时，判断发生淤积；或者，

当所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2的比值大于预定比值时，判断发生淤积。

进一步地，将所述过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1代入公式

以获取淤积厚度△h，其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度。

进一步地，所述测量系统还包括：

上传单元，用于将所述淤积厚度△h发送至后台服务器。

本发明的有益效果是：

本发明一种淤积厚度的测量方法及系统，获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1，以进一步获取理论的断面平均流速v2或者过水断面的理论液位高度h2，再根据实际的数值与理论数值进行是否有淤积判断；发生淤积时，根据过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h，方便快捷准确，可有效解决淤积不易监测和在线监控的老大难问题，能够长期稳定可靠的工作。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是管道横断面示意图；

图2是本发明一种淤积厚度的测量方法的一具体实施例流程图；

图3是本发明一种淤积厚度的测量方法的另一具体实施例流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种淤积厚度的测量方法，包括以下步骤：

获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1；

根据过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2；

根据实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积；

发生淤积时，根据过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h。

本发明一种淤积厚度的测量方法，获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1，以进一步获取理论的断面平均流速v2或者过水断面的理论液位高度h2，再根据实际的数值与理论数值进行是否有淤积判断；发生淤积时，根据过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h，方便快捷准确，可有效解决淤积不易监测和在线监控的老大难问题，能够长期稳定可靠的工作。

具体地，由于经典曼宁公式为：

其中，v为断面平均流速，n、J分别为管道糙率和管道设计坡度，均为已知数；R为水力半径，即为过水断面面积与湿周之比。而参考图1，图1是管道横断面示意图；管道液位高度为h，管道半径为r，充满角的一半为α，过水断面面积S为圆饼面积与钝角三角形面积之差，则过水断面面积S为：

湿周圆弧长度，则湿周l为：

l＝2αr (3)

式(2)、(3)中的α，为图1所示的角度，可由反三角函数推算出，则α为

则水力半径R为：

则曼宁公式可表达为：

由公式(6)可知，断面平均流速v仅仅是水深h的函数，随水深h的变化而变化。

则假定传感器能够测量断面平均流速v与水深h，而实测断面平均流速为v1，实测水深为h1。由曼宁公式理论计算所用到的水深为h，淤积深度为△h，实测水深h1与理论计算所用到的水深之间的误差全部是由淤积造成的，则：

h＝h1+Δh (7)

把公式(7)代入公式(6)可得：

式(8)中仅有v、h、△h三个变量，其他均为恒定值，而断面平均流速v1、水深h1均可由传感器实测获得，理论上均可由两个变量反解出第三个变量△h的值。

由此，可从理论上借助流速v和水深h推算固定断面的淤积情况和淤积物厚度信息，节省了人工内窥检测的开支。

参考图2，图2是本发明一种淤积厚度的测量方法的一具体实施例流程图；首先利用接触式或非接触式等现代化测量仪器进行测量得到过水断面实际的液位高度h1和断面平均流速v1；再根据过水断面信息和液位高度h1，结合经典曼宁公式推算出液位h1下的理想流速v2(即根据公式(6))；当实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2的比值大于预定比值时，判断发生淤积；即当v1和v2的相对比例关系超出预定比值x％(考虑到测量仪器，即传感器本身的误差和算法模型误差，设定一固定误差容许范围x％)，则认为是淤积影响引起；最后，结合公式(8)，代入h1和v1的值，可推算固定断面的淤积厚度△h。获取淤积物厚度△h之后，将淤积厚度△h发送至后台服务器进行淤积信息上报，以提醒相关部门及时进行清淤。

参考图3，图3是本发明一种淤积厚度的测量方法的另一具体实施例流程图。首先利用接触式或非接触式等现代化测量仪器进行测量得到过水断面的液位高度h1和断面平均流速v1；根据过水断面平均流速v1，结合经典曼宁公式推算出断面平均流速v1的理想液位高度h2(即根据公式(6))；当过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2的比值大于预定比值时，判断发生淤积；即当h2和h1的相对比例关系超出预设比值x％(考虑到测量仪器，即传感器本身的误差和算法模型误差，设定一固定误差容许范围x％)，则认为是淤积影响引起；最后，结合公式(8)，代入h1和v1的值，推算固定断面的淤积厚度△h。获取淤积物厚度△h之后，将淤积厚度△h发送至后台服务器进行淤积信息上报，以提醒相关部门及时进行清淤。

本发明主要介绍一种淤积厚度的测量方法。该方法结合经典曼宁公式和现有的信息化测量手段，通过直接测量流速和液位等信息，比对相同液位下断面的经典曼宁公式，间接推算出测量点位置附近的淤积情况和大致的淤积物厚度等信息，为相关部门对河渠治理、地下管网检测等提供及时清淤和疏通信息；消除因为河渠、管道内的杂质淤积等导致的河渠、管网输水能力下降问题，减弱甚至消除由短时强降雨和上游过境洪峰引起的局部地区洪涝灾害。

基于上述的淤积厚度的测量方法，本发明还提供一种淤积厚度的测量系统，包括：

实际值获取单元，用于获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1；

理论值获取单元，用于根据过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2；

判断单元，用于根据实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积；

淤积厚度计算单元，用于发生淤积时，根据过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h。

本发明一种淤积厚度的测量系统，通过实际值获取单元获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1，以进一步通过理论值获取单元获取理论的断面平均流速v2或者水断面理论的液位高度h2，判断单元再根据实际的数值与理论数值进行是否有淤积判断；淤积厚度计算单元在发生淤积时，根据过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1获取淤积厚度△h，方便快捷准确，可有效解决淤积不易监测和在线监控的老大难问题，能够长期稳定可靠的工作。

实际值获取单元包括接触式液体流速液位监测装置或非接触式液体流速液位监测装置。

进一步地，根据过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2，或者，根据实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2的计算公式是：

其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度，公式的推理过程请参考上述淤积厚度的测量方法中对应的描述。

更进一步地，将过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1代入公式

以获取淤积厚度△h，其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度，公式的推理过程请参考上述淤积厚度的测量方法中对应的描述。

作为技术方案的进一步改进，淤积的判断方法为：当实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2的比值大于预定比值时，判断发生淤积；或者，

当过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2的比值大于预定比值时，判断发生淤积。

作为技术方案进一步的改进，测量系统还包括：

上传单元，用于将淤积厚度△h发送至后台服务器进行淤积信息上报，以提醒相关部门及时进行清淤，数据传输可以是无线传输，也可以是有线数据传输。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种淤积厚度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1；

根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2；

根据所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积；

发生淤积时，将所述过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1代入公式

获取淤积厚度△h，其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；J为管道设计坡度。

2.根据权利要求1所述的淤积厚度的测量方法，其特征在于，所述根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2的计算公式是：

其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度。

3.根据权利要求1所述的淤积厚度的测量方法，其特征在于，所述根据所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积的判断方法为：

当所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2的比值大于预定比值时，判断发生淤积；或者，

当所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2的比值大于预定比值时，判断发生淤积。

4.一种淤积厚度的测量系统，其特征在于，包括：

实际值获取单元，用于获取过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1；

理论值获取单元，用于根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2；或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2；

判断单元，用于根据所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2判断是否发生淤积；或者，根据所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2判断是否发生淤积；

淤积厚度计算单元，用于发生淤积时，将所述过水断面实际的液位高度h1及实际的断面平均流速v1代入公式

以获取淤积厚度△h，其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；J为管道设计坡度。

5.根据权利要求4所述的淤积厚度的测量系统，其特征在于，所述实际值获取单元包括接触式液体流速液位监测装置或非接触式液体流速液位监测装置。

6.根据权利要求4所述的淤积厚度的测量系统，其特征在于，所述根据所述过水断面实际的液位高度h1获取理论的断面平均流速v2，或者，根据所述实际的断面平均流速v1获取过水断面的理论液位高度h2的计算公式是：

其中，v为断面平均流速；n为管道糙率；α为充满角的一半；r为管道半径；h为管道液位高度；J为管道设计坡度。

7.根据权利要求4所述的淤积厚度的测量系统，其特征在于，当所述实际的断面平均流速v1和理论的断面平均流速v2的比值大于预定比值时，判断发生淤积；或者，

当所述过水断面实际的液位高度h1和过水断面的理论液位高度h2的比值大于预定比值时，判断发生淤积。

8.根据权利要求4至7任一项所述的淤积厚度的测量系统，其特征在于，所述测量系统还包括：

上传单元，用于将所述淤积厚度△h发送至后台服务器。