CN108489845B - 通过装袋称量测定大坝泄洪雾化浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
通过装袋称量测定大坝泄洪雾化浓度的方法涉及测量领域，技术方案是：中空长方体的柔软塑料袋，每个侧棱分别套入一根轻质的硬质细杆，所有细杆的另一端都凸出于另一个端面；通过挤压使四个细杆靠拢，测量此时套有四根细杆的塑料袋的质量m0；将四根细杆的突出端分别插入一个机械臂的四个活动臂，将机械臂伸展到待测点，四个活动臂相互远离使塑料袋缓慢展开直到塑料袋绷紧，然后测量绷紧的塑料袋的质量m1以及塑料袋的体积V，雾化浓度为（m1‑m0）/V‑ρ，其中ρ为干燥空气的密度。有益效果：测量空气中的含水量，对防范泄洪可能带来的风险有一定的预估，从而对泄洪的强度、方式和泄洪时机的把握以及是否采取防范措施有指导意义。
Description
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，水雾由小水滴组成，小水滴由于动能大，在飞溅的过程中被空气分子作用进一步破碎成细小的颗粒，水滴的颗粒越小能够飘散（扩散）到比较远的岸边，导致泄洪外侧几公里内的空气含水量大增，空气中的小水滴沉降能够达到甚至远远超过暴雨的含水量，成为泄洪雾雨，泄洪雾雨能够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，含水空气的移动方向与雨量计的水的流动方向相反，雨量计必然阻挡部分含水量的空气上移，导致该测量存在很大的不准确。雨量计测量地面附近的雾雨浓度还比较合理，不能够悬空测量空气中的泄洪雾化浓度，测量受到较大的限制。
发明内容
为测量泄洪雾雨的浓度，本发明设计通过装袋称量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：通过装袋称量测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是:一个绷紧后为中空长方体的柔软塑料袋，长方体有两个相互平行的端面和四个侧面，相邻两个侧面相交的棱称为侧棱，长方体塑料袋的其中一个端面有一个通孔，有通孔的端面在竖直方向位于另一个端面（没有通孔的端面）的上方，每个侧棱分别套入一根轻质的硬质细杆，即每个侧棱外侧都有一个平行于侧棱的囊、囊为盲孔、囊的封闭端位于有通孔端面的四个角的外侧、每个囊中都插入一根细杆，所有细杆的一端都接触盲孔内侧的封闭端，所有细杆的另一端，即位于盲孔开口端的一端，都凸出于另一个端面，细杆凸出于端面的部分称为细杆突出端；通过挤压使四个细杆靠拢，即塑料袋内部的体积为0，测量此时套有四根细杆的塑料袋的质量m0；将四根细杆的突出端分别插入一个机械臂的四个活动臂，将机械臂伸展到待测点，四个活动臂相互远离使塑料袋缓慢展开直到塑料袋绷紧，缓慢展开是指四个活动臂以中心为支点、沿着两条对角线匀速移动直至绷紧，绷紧是指活动臂的力量不能再拉伸塑料袋，由于内部气压小于外部，外部含水的空气从通孔进入塑料袋，当塑料袋完全绷紧后，收缩机械臂将绷紧的塑料袋取回，然后测量绷紧的塑料袋的质量m1以及塑料袋的体积V，绷紧后的塑料袋的体积为V能够是厂家给定的数值；则空气中的含水量为m1-m0-ρ*V，其中ρ为干燥空气的密度，雾化浓度为（m1-m0）/ V -ρ。
本发明的有益效果：测量空气中的含水量，了解其具体的数值，对防范泄洪可能带来的风险有一定的预估，从而对泄洪的强度、方式和泄洪时机的把握以及是否采取其他防范措施有一定的指导意义；测量不同点的雾化浓度，也能够了解其泄洪雾雨的分布；测量比较准确、快速。
附图说明
图1是通过装袋称量测定大坝泄洪雾化浓度的方法示意图；
其中，1、通孔；2、侧棱；3、细杆。
具体实施方式
通过装袋称量测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是:一个绷紧后为中空长方体的柔软塑料袋，长方体有两个相互平行的端面和四个侧面，四个侧面都垂直于两端的端面，相邻侧面相互垂直，相对的侧面相互平行，相邻两个侧面相交的棱称为侧棱2，长方体塑料袋的其中一个端面有一个通孔1，通孔1面积为端面面积的5%-10%，相对于整个长方体而言，通孔1位于长方体的上方（即侧棱能够水平，侧棱也能够倾斜，侧棱倾斜时，有通孔1的端面高于没有通孔的端面），即通孔1不能位于下方，位于下方会使凝结水（水滴沉降形成的水体）流出长方体导致测量错误；通孔1位于端面的对称中心，每个侧棱2分别套入一根轻质（密度小）的硬质（不易弯曲）细杆3（比如硬质塑料棒），即每个侧棱2外侧都有一个平行于侧棱2的囊、囊为盲孔、囊中能够插入一根细杆3，四根细杆3都凸出于另一个端面（两个端面、一个端面有通孔1、另一个端面指没有通孔1的端面，即另一个端面平行于有通孔1的端面，其余四个面称为侧面，每相邻两个侧面4相交的边称为侧棱2），细杆3凸出于另一个端面的部分称为细杆3突出端，其中，侧棱2是垂直于端面的棱；通过挤压使四个细杆3靠拢，即塑料袋内部的体积为0（塑料袋挤压形成的塑料袋内部的空隙能够忽略，因为该部分空隙相对于整个塑料袋的体积比较小，也能够通过从端面的通孔1抽真空来减少塑料袋内部的空隙，在抽真空的时候，另一个端面的四根细杆先靠拢，最后有通孔1一端的四个细杆靠拢，在细杆的支撑下能够保证塑料袋内部的气体顺利抽出），测量此时套有四根细杆3的塑料袋的质量m0；然后，将四根细杆3的突出端分别插入一个机械臂的四个活动臂，将机械臂伸展到待测点，四个活动臂相互远离使塑料袋缓慢展开直到塑料袋绷紧，缓慢展开是指四个活动臂以中心（长方体端面对称中心）为支点、沿着端面两条对角线匀速移动直至绷紧，绷紧是指活动臂的力量不能再拉伸塑料袋，由于内部气压小于外部，外部含水的空气从通孔1进入塑料袋，当塑料袋完全绷紧后（最初，机械臂的四个活动端的移动需要克服塑料袋内外压差产生的力量，而四个活动端的力量是有限的，当四个活动端的力量等于塑料袋内外压差产生的力量，则机械臂的四个活动端匀速运动，在塑料袋绷紧时，四个活动端的力量不能再移动细杆，此时四个活动端停止移动，可以通过位移传感器获取该信号，该信号表征塑料袋绷紧，即塑料袋已经装满空气），收缩机械臂将绷紧的塑料袋取回，然后测量绷紧的塑料袋的质量m1以及塑料袋的体积V，绷紧后的塑料袋的体积为V能够是厂家给定的数值（体积V的数值，出厂时已经确定，可以不需要测量）；则空气中的含水量为m1-m0-ρ*V，其中ρ为干燥空气的密度（能够查询相关资料获取，由环境温度和压强决定，可以测量环境的温度和压强，离泄洪落水点较近的地方，雾雨的浓度大，干燥空气的密度ρ能够忽略），雾化浓度为（m1-m0）/ V-ρ。
本发明将空气本身的含水量并入到雾化，对测量的影响不大。虽然所有的空气中都含有一定量的水分子，称为湿度，但是，水滴是存在于空气中的悬浮物质，水滴是比空气分子大的物质，部分水也以水分子存在（湿度分量），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。不同温度、不同的地方的湿度是不同的，而该数值相对干燥空气的密度来说很小，而不同位置的雾雨浓度相差也比较大，因此忽略空气本身的湿度，使测量简化快速是合理。
要获取雾化浓度的空间分布，则需要建立一个坐标系统，以泄洪水的落水点作为原点，以测距技术作为辅助，测距技术是比较成熟的：对于测量点与泄洪落水点之间的距离能够通过超声测距的方式获取，汽车的倒车雷达能够获取树叶的超声波反射，因此超声波自然也能够获取水面的反射以及落水水柱的反射，落水的水柱近似认为垂直于水面入水，机械臂或者通孔1位置布置超声波探测器，先在接近水面对准落水水柱测量一个距离a以及对准岸边的距离b、机械臂上升到探测点时测量到水面的距离h，a、b、h组成一个三维坐标系，能够确定空间位置。当然也可以设置其它的参考位置。因为雾雨的分布达到上千米的范围，甚至可以采用GPS定位系统。因为雾雨主要是对岸边的土质以及建筑物或者电器带来影响，因此主要是测量岸边的雾雨浓度。
雾雨的浓度与坝高、两岸的地形等都相关，不可能找到完全相同的两个两岸，因此，其浓度的空间分布在不同的大坝即使坝高相同，其浓度分布也是不同的，因此，测量浓度主要还是关注其具体的数值是否会对建筑物或者岸坡以及电器构成危险，即主要测量岸坡、建筑物以及电器附近的雾雨浓度，从而根据其数值，改变泄洪的强度或者采用其他的措施，减少泄洪带来的风险。
Claims (1)
1.通过装袋称量测定大坝泄洪雾化浓度的方法，其特征是:一个绷紧后为中空长方体的柔软塑料袋，长方体有两个相互平行的端面和四个侧面，相邻两个侧面相交的棱称为侧棱，长方体塑料袋的其中一个端面有一个通孔（1），有通孔（1）的端面在竖直方向位于另一个端面的上方，每个侧棱（2）分别套入一根轻质的硬质细杆（3），即每个侧棱（2）外侧都有一个平行于侧棱（2）的囊、囊为盲孔、囊的封闭端位于有通孔（1）端面的四个角的外侧、每个囊中都插入一根细杆（3），所有细杆的一端都接触盲孔内侧的封闭端，所有细杆（3）的另一端，即位于盲孔开口端的一端，都凸出于另一个端面，细杆（3）凸出于端面的部分称为细杆（3）突出端；通过挤压使四个细杆（3）靠拢，即塑料袋内部的体积为0，测量此时套有四根细杆（3）的塑料袋的质量m0；将四根细杆（3）的突出端分别插入一个机械臂的四个活动臂，将机械臂伸展到待测点，四个活动臂相互远离使塑料袋缓慢展开直到塑料袋绷紧，缓慢展开是指四个活动臂以中心为支点、沿着两条对角线匀速移动直至绷紧，绷紧是指活动臂的力量不能再拉伸塑料袋，由于内部气压小于外部，外部含水的空气从通孔（1）进入塑料袋，当塑料袋完全绷紧后，收缩机械臂将绷紧的塑料袋取回，然后测量绷紧的塑料袋的质量m1以及塑料袋的体积V；则空气中的含水量为m1-m0-ρ*V，其中ρ为干燥空气的密度，雾化浓度为（m1-m0）/ V -ρ。
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