CN108458955A - 通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法 - Google Patents

Abstract

通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法涉及测量领域，技术方案是：管道通过伸缩杆移动到探测点，管道的后端连接软管，软管内部有一个风扇，软管末端连接到一个量筒外管的管口，量筒外管连通量筒内侧的底部，量筒的内壁有一个活塞，活塞侧面密封量筒以分隔开量筒内部与外部的空气；量筒的外侧壁有容积刻度线；风扇促使空气从管道的前端开口流动到量筒的底部，抽空气完成后，密封量筒的外管的管口，量筒静置一段时间等待空气中的水汽落在量筒的底部，水的体积除以空气的体积就是大坝泄洪雾化浓度的数值。有益效果是：测量不同位置的雾化浓度，对泄洪的时机和强度提供参考数据；根据雾化的浓度，评估可能带来的风险；测量方法简单，成本低廉。

Description

通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法

技术领域

本发明涉及测量领域，特别是泄洪雾雨方面。

背景技术

水利工程（特别是高坝工程）泄洪时，下游局部区域内常出现较大规模的降雨和雾流弥漫现象，工程界称之为泄洪雾化。泄洪雾化引起的降雨强度甚至达到远远超过自然界中特大暴雨的雨强值，对水利枢纽的正常运行、交通安全、周围环境甚至下游岸坡的稳定均可能造成较大危害。

高坝泄洪，由于水的势能大能够冲击泄洪坝外侧的水，泄洪水的巨大势能转化为巨大的动能作用于水面，溅起巨大的水雾，水雾即小水滴，小水滴由于动能大，部分小水滴能够飘散到比较远的地方，导致泄洪外侧几公里内的空气含水量大增，能够达到暴雨甚至超过特大暴雨的含水量，成为泄洪雾雨，泄洪雾雨影响两岸土质的稳定性以及变电站的电器的安全。

测量泄洪雾雨的浓度，对泄洪以及安全生产都有指导意义，现有技术一般采用雨量计测量，但是该方法存在一个不足：下雨是从上方往下落直接落入雨量计内，而泄洪雾雨的方向是从泄洪落水点向上移动然后漂移沉降，雨量计必然阻挡部分含水的空气上移，导致该测量存在很不准确。雨量计只能放置在地面测量，不能够悬空测量空气中的泄洪雾化浓度，测量范围受到较大的限制。

发明内容

为测量泄洪雾雨的浓度，本发明设计通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是：一根管道通过伸缩杆移动到探测点，管道前端开口朝下，管道的后端连接软管，软管内部有一个风扇，风扇旋转促使探测点的空气流出软管末端，从软管末端的空气中的水含量变化观察探测点的空气是否到达软管末端，软管末端有水雾则探测点的空气达到软管末端，然后将软管末端连接到一个量筒外管的管口，量筒外管连通量筒内侧的底部，量筒的内壁有一个活塞，活塞比较薄、活塞的质量能够忽略，活塞侧面密封量筒以分隔开量筒内部与外部的空气；量筒的外侧壁有容积刻度线；风扇促使空气从管道的前端开口流动到量筒的底部，导致量筒内部的活塞上升；抽空气完成后，密封量筒的外管的管口，量筒静置一段时间，等待空气中的水汽落在量筒的底部，以透明量筒内部空气的透明度来判断其水含量，即两个量筒，一个量筒内部为环境空气、一个为测量雾化浓度的量筒，一个发光二极管和一个接收二极管布置在一个半圆形装置的两端，半圆形装置的直径即量筒的外径，半圆形装置贴合量筒的外侧，发光二极管从量筒的外侧射入，位于量筒直径方向的另一端的接收二极管的光电流的大小能够判断空气的含水量，即测量雾化浓度的量筒的光电流与容纳环境空气量筒的光电流相等，则泄洪雾化的水分都已经落在下方的水中，由容积刻度线读取水面下方水和量筒底部之间的体积为水的体积、由容积刻度线读取水面上方空气和活塞下表面之间的体积为空气的体积，水的体积除以空气的体积就是大坝泄洪雾化浓度的数值。

量筒的底部有水，水面高于量筒外管在量筒内部的开口，促使进入量筒的空气的含水尽量留在量筒底部的水中，降低量筒的静置时间。

管道、软管省略，风扇位于外管的管口；活塞处于量筒的底部并在外管位于量筒内部开口的上方，即外管位于量筒内部开口凹陷，此时的量筒初始容积刻度线为0；风扇、量筒和电源能够通过建筑机械的吊臂直接悬吊到待测点，遥控风扇开机将待测点的空气吸入到量筒；量筒的体积在1-10立方米，通过望远镜或者遥测摄像头观察活塞的位置，活塞移动到观测者需要的体积，遥控关闭风扇；风扇有单向阀门避免流入量筒的流体在风扇停机后反向流出；通过望远镜或者遥测摄像头能够读取量筒内部空气的体积以及水的体积变化量。

量筒的底部有遥控开关，打开遥控开关能够放出量筒内部的水和空气，活塞在自身重力以及空气流动的拉力作用下下滑到量筒的底部，关闭遥控开关，此时的活塞对准容积刻度线的0；此时量筒中有部分水遮蔽外管在量筒内部的开口，活塞的下表面贴合水面，即遥控开关的管道位于量筒内部的开口高于外管在量筒内部的开口；遥控开关的出水口与遥控开关在量筒内部进水口在同一水平面或者遥控开关的出水口水平面高于遥控开关在量筒内部进水口所在的水平面。建议遥控开关的管道位于量筒内部的开口高于外管在量筒内部的开口2-10毫米。

本发明的有益效果是：测量不同位置的雾化浓度，对泄洪的时机和强度提供参考数据；根据雾化的浓度，评估可能带来的风险；测量方法简单，成本低廉，能够快速获取数据；测量结果比较准确。

附图说明

图1是通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法示意图；

其中，1、泄洪水；2、落水点；3、管道；4、软管；5、风扇；6、量筒；7、活塞；8、容积刻度线；9、外管；10、密封材质。

具体实施方式

泄洪水1从高处流到落水点2，高处的泄洪水1的势能转化为动能冲击落水点2的水面溅起水花，部分水花（水花就是小水滴）与空气的碰撞破碎成更小的水滴、以及泄洪水1直接与空气摩擦导致部分水破碎成小水滴，水滴越小飘散的距离就可能越远，由于水滴的沉降、离落水点2越远的地方的空气的含水量越小。具有参考意义是岸坡、厂房以及变电站等处的雾雨浓度，即河道外侧的雾雨浓度。

通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是：一根管道3通过伸缩杆移动到探测点，管道3前端开口朝下，管道3的后端连接软管4，软管4内部有一个风扇5，风扇5旋转促使探测点的空气流出软管4末端（即软管4有两根，风扇5前端通过软管连接到管道3，延长管道3的活动范围，风扇5的后端通过软管连接到量筒6的外管9）；风扇5前端的软管因为风扇5抽气作用，软管4受到内外压强差，有被压缩的趋势，一般采用水晶塑料管，水晶塑料管有一定的强度，能够承受一定的压强差，或者软管内部布置螺旋形的钢丝以支撑软管，即螺旋形钢丝形成圆筒贴合软管内壁；从软管4末端的空气中的水含量变化观察到探测点的空气是否到达软管4末端，如果软管4末端有水雾则探测点的空气达到软管4末端，然后将软管4末端连接到一个量筒6外管9的管口，量筒6的外管9连通量筒6内侧的底部，量筒6的内壁有一个活塞7，活塞7比较薄、活塞7的质量能够忽略，活塞7侧面密封量筒6以分隔开量筒6内部与外部的空气（活塞7上表面和下表面的压强基本相等，忽略活塞7的质量，则活塞7上表面和下表面的压强相等），活塞7依靠一圈的密封材质10密封量筒6的内壁是常见的密封技术；量筒6的外侧壁有容积刻度线8；风扇5促使空气从管道3的前端开口流动到量筒6的底部，导致量筒6内部的活塞7上升（向上移动），流入空气的体积能够从量筒6内部活塞7的移动前后的容积刻度线8的差值获取；抽空气完成后，密封量筒6的外管9的管口，量筒6静置一段时间，等待空气中的水汽落在量筒6的底部，以透明量筒6内部空气的透明度来判断其水含量，即两个量筒6，一个量筒6内部为环境空气（指远离泄洪雾化的环境空气，泄洪雾雨主要向下游扩散，环境空气主要是指大坝上游附近的环境空气）、一个为测量雾化浓度的量筒6，一个发光二极管和一个接收二极管布置在一个半圆形装置的两端，半圆形装置的直径即量筒6的外径，半圆形装置贴合量筒6的外侧（则发光二极管和接收二极管处于量筒6直径的两端），发光二极管从量筒6的外侧射入，位于量筒6直径方向的另一端的接收二极管的光电流的大小能够判断空气的含水量，即测量雾化浓度的量筒6的光电流与容纳环境空气量筒6的光电流相等，则泄洪雾化的水分都已经落在下方形成水，由容积刻度线8读取水的体积（水面以下部分的体积）和空气的体积（水面上方与活塞下方之间的体积），水的体积除以空气的体积就是大坝泄洪雾化浓度的数值（体积之比，也能够转化为密度，水的体积*水的密度/空气的体积，表征单位体积空气含水的质量）：在该测量中，水滴是存在于空气中的悬浮物质，是比空气分子大的物质，部分水也以水分子存在，在泄洪时，空气中所含的水分子部分应该是处于饱和的，即饱和湿度，因为水滴作为凝集核的作用，空气不可能存在过饱和的情况；饱和湿度就是指在一定的温度下，空气中能够容纳水分子的上限，20℃时饱和湿度为17.12g/m³， 30℃时饱和湿度增大到30.04g/m³，相对于1立方米的空气的密度1.16kg/ m³（25℃）来说可以忽略，因此悬浮的水滴沉降到量筒6底部形成水，水面上方为空气的体积。

测量前先灌入部分水到量筒6底部，水面高于量筒6外管9在量筒6内部的开口（此时水面对准的容积刻度线作为水量的初始值，相当于称重的皮重，最后的水平面所处的容积刻度线减去水量的初始值，就是泄洪雾雨带来的增量），促使进入量筒6的空气的含水尽量留在量筒6底部的水中，降低量筒6的静置时间，在测量精度要求不高的时候，能够免去静置时间这个步骤，也就能够免去光电流的测量步骤，因为雾雨在不同位置有不同的浓度，在不同的地形结构其浓度的分布也不一样，而人们最关心的是雾雨对两岸的影响以及对电器和建筑物的影响，即主要是河道外的影响，因为位置不同、浓度不同，并不是一个稳定的数值，因此测量的精度不必要求很准确，所以在底部有水的情况下，静置时间和量筒内部的空气的含水量能够忽略，这样能够提高测量的速度和在相同的测量时间能够获取更多的测量点的数据，有利于设计合理的泄洪速度以及泄洪的水位(即选择泄洪的时机)。

在静置时间和量筒内部的空气的含水量能够忽略的情况下，管道3、软管4的体积能够忽略（管道3、软管4做得比较短小或者省略），活塞7处于量筒6的底部并在外管9位于量筒6内部开口的上方，即外管9位于量筒6内部开口凹陷（外管9位于量筒6内部开口能够被水覆盖），此时的量筒初始容积刻度线8为0；管道3、软管4、风扇5以及量筒6和风扇5的电源（最好为蓄电池）能够通过建筑机械的吊臂直接悬吊到待测点，遥控风扇5开机将待测点的空气吸入到量筒；量筒6的体积在1-10立方米，通过望远镜或者遥测摄像头观察活塞7的位置，活塞7移动到观测者需要的体积，遥控关闭风扇5（风扇5最好有单向气阀：从外管9流入量筒6内侧）；通过望远镜或者遥测摄像头能够读取量筒6内部空气的体积以及水的体积变化量，以水面为分界线，水面以下为水的体积、水面以上为空气的体积，量筒6有水平指示装置（一般采用水平泡，即密封水中有一个气泡，气泡处于正中指示水平），也能够根据量筒自身的质量分布和形状的对称性以及悬挂线的对称性，促使其静止时处于水平状态，或者量筒6处于吊臂的水平平台上，这些都是现有技术能够实现的。

量筒6的底部有遥控开关，打开遥控开关能够放出量筒内部的水和空气，活塞7在自身重力以及空气流动的拉力作用下下滑到量筒6的底部，关闭遥控开关，此时的活塞6对准容积刻度线8的0（即活塞7的下表面已经接触凹凸不平的量筒6内侧底面的上端，凹凸不平是指外管9在量筒6内部开口凹陷以达到外管9在量筒6内部开口被水覆盖）；此时量筒内部有部分水遮蔽外管9在量筒6内部的开口，活塞7的下表面贴合水面，即遥控开关管道的在量筒6内部开口高于外管9在量筒6内部的开口，建议遥控开关的管道位于量筒6内部的开口高于外管9在量筒6内部的开口2-10毫米；遥控开关在量筒6内部开口的下方没有空隙需要额外的水来填充，即遥控开关管道的出水口与遥控开关管道在量筒6内部开口（进水口）平齐（在同一水平面）或者遥控开关的出水口水平面高于遥控开关在量筒6内部开口所在的水平面。这样能够快速地转移到下一个测量点进行下一次的测量。

风扇5能够被泵机替换，风扇5和泵机没有本质上的差别，都是通过叶片的旋转导致流体单向流动。

Claims (5)

1.通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是：一根管道（3）通过伸缩杆移动到探测点，管道（3）前端开口朝下，管道（3）的后端连接软管（4），软管（4）内部有一个风扇（5），风扇（5）旋转促使探测点的空气流出软管（4）末端，从软管（4）末端的空气中的水含量变化观察探测点的空气是否到达软管（4）末端，软管（4）末端有水雾则探测点的空气达到软管（4）末端，然后将软管（4）末端连接到一个量筒（6）外管（9）的管口，量筒（6）外管（9）连通量筒（6）内侧的底部，量筒（6）的内壁有一个活塞（7），活塞（7）比较薄、活塞（7）的质量能够忽略，活塞（7）侧面密封量筒（6）以分隔开量筒（6）内部与外部的空气；量筒（6）的外侧壁有容积刻度线（8）；风扇（5）促使空气从管道（3）的前端开口流动到量筒（6）的底部，导致量筒（6）内部的活塞（7）上升；抽空气完成后，密封量筒（6）的外管（9）的管口，量筒（6）静置一段时间，等待空气中的水汽落在量筒（6）的底部，以透明量筒（6）内部空气的透明度来判断其水含量，即两个量筒（6），一个量筒（6）内部为环境空气、一个为测量雾化浓度的量筒（6），一个发光二极管和一个接收二极管布置在一个半圆形装置的两端，半圆形装置的直径即量筒（6）的外径，半圆形装置贴合量筒（6）的外侧，发光二极管从量筒（6）的外侧射入，位于量筒（6）直径方向的另一端的接收二极管的光电流的大小能够判断空气的含水量，即测量雾化浓度的量筒（6）的光电流与容纳环境空气量筒（6）的光电流相等，则泄洪雾化的水分都已经落在下方的水中，由容积刻度线（8）读取水面下方水和量筒底部之间的体积为水的体积、由容积刻度线（8）读取水面上方空气和活塞下表面之间的体积为空气的体积，水的体积除以空气的体积就是大坝泄洪雾化浓度的数值。

2.根据权利要求1所述的通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是：量筒（6）的底部有水，水面高于量筒（6）外管（9）在量筒（6）内部的开口，促使进入量筒（6）的空气的含水尽量留在量筒（6）底部的水中，降低量筒（6）的静置时间。

3.根据权利要求2所述的通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是：管道（3）、软管（4）省略，风扇（5）位于外管（9）的管口；活塞（7）处于量筒（6）的底部并在外管（9）位于量筒（6）内部开口的上方，即外管（9）位于量筒（6）内部开口凹陷，此时的量筒初始容积刻度线（8）为0；风扇（5）、量筒（6）和电源能够通过建筑机械的吊臂直接悬吊到待测点，遥控风扇（5）开机将待测点的空气吸入到量筒；量筒（6）的体积在1-10立方米，通过望远镜或者遥测摄像头观察活塞（7）的位置，活塞（7）移动到观测者需要的体积，遥控关闭风扇（5）；风扇（5）有单向阀门避免流入量筒的流体在风扇（5）停机后反向流出；通过望远镜或者遥测摄像头能够读取量筒（6）内部空气的体积以及水的体积变化量。

4.根据权利要求3所述的通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是：量筒（6）的底部有遥控开关，打开遥控开关能够放出量筒内部的水和空气，活塞（7）在自身重力以及空气流动的拉力作用下下滑到量筒（6）的底部，关闭遥控开关，此时的活塞（6）对准容积刻度线（8）的0；此时量筒中有部分水遮蔽外管（9）在量筒（6）内部的开口，活塞（7）的下表面贴合水面，即遥控开关的管道位于量筒（6）内部的开口高于外管（9）在量筒（6）内部的开口；遥控开关的出水口与遥控开关在量筒（6）内部进水口在同一水平面或者遥控开关的出水口水平面高于遥控开关在量筒（6）内部进水口所在的水平面。

5.根据权利要求4所述的通过抽取空气测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是：遥控开关的管道位于量筒（6）内部的开口高于外管（9）在量筒（6）内部的开口2-10毫米。