CN110441833A - 一种超大量程量水堰式雾化自动测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超大量程量水堰式雾化自动测量装置及方法，该装置包括压力传感器、无线发射器、集雨漏斗、用于对集雨漏斗进行支撑和稳定的漏斗支撑件、设于集雨漏斗下部的集水腔、设于集水腔下部且与集水腔连通的集沙槽，所述集水腔为腔体结构，腔体的其中一个侧壁设计为消浪栅，消浪栅、量水堰板通过量水堰槽连接，集水腔收集雨水通过量水堰槽流动，自量水堰板的缺口下泄，压力传感器设于量水堰槽侧墙底部，压力传感器用于测量量水堰水深，压力传感器与无线发射器通信连接，所述无线发射器用于将压力传感器测量的量水堰水深传至室内终端。本发明解决了现有雨量观测设备间断测量、观测雨量小、观测时间有限的弊端。
Description
技术领域
本发明涉及高坝泄洪雾化观测领域，具体是一种超大量程量水堰式雾化自动测量装置及方法。
背景技术
水利水电工程中，高坝建筑物在泄洪时，枢纽下游会产生强雾化降雨。强雾化会影响枢纽建筑物的正常运行和两岸交通；冲蚀地表、诱发滑坡、影响岸坡稳定；影响坝区生态环境和周围居民的正常生活。对雾化降雨进行观测，研究雾化产生规律及评估雾化危害具有重要意义。
现有雾化观测设备基本为翻斗式与称重式及其改进版。翻斗式采集为阶段采集数据后计算取平均值，数据有间歇性，且翻斗式采集量程即使经过优化也仅有几千毫米每小时的观测极限；称重式同样具有间断性或容量所限采集时段不够长的问题。
在实际观测中，由于特大型枢纽雾化核心区雨量超大，严重超出自然界降雨范围，雾化核心区域降雨量超过10000mm/h的非常多，现有雨量观测设备量程难以达到雾化核心区的观测需求；且实际工程中雾化核心区域风速非常大，能达到十几到几十米每秒，泄洪过程中，人是无法到达观测点进行相关作业的，只能等到泄洪结束才能到测点取数据。以上种种困难，导致实际工程中雾化核心区域很难观测，通常只能放弃或进行简单推算，导致测量数据不完整或精度不够。
发明内容
本发明针对高坝建筑物泄洪时，枢纽下游强雾化降雨观测难的问题，提供一种超大量程量水堰式雾化自动测量装置及方法，拥有测量超大雨量、持续监测、远程记录避开现场不利条件等特点。
为了实现本发明目的，具体采用如下技术手段：
一种超大量程量水堰式雾化自动测量装置，包括压力传感器、无线发射器、集雨漏斗、用于对集雨漏斗进行支撑和稳定的漏斗支撑件、设于集雨漏斗下部的集水腔、设于集水腔下部且与集水腔连通的集沙槽，所述集水腔为腔体结构，腔体的其中一个侧壁设计为消浪栅，消浪栅、量水堰板通过量水堰槽连接，集水腔收集雨水通过量水堰槽流动，自量水堰板的缺口下泄，压力传感器设于量水堰槽侧墙底部，压力传感器用于测量量水堰水深，压力传感器与无线发射器通信连接，所述无线发射器用于将压力传感器测量的量水堰水深传至室内终端。
进一步，所述量水堰板为直角三角形堰，过水缺口为等腰直角三角形，量水堰槽中的雨水自量水堰板的直角三角形缺口下泄。
进一步，所述量水堰板上游面呈锐缘状态，堰背加工成斜面，与堰背之间夹角为θ角，30°≦θ<45°，堰口顶面宽度为1-2mm。
进一步，所述消浪栅设置在量水堰板上游10倍最大堰顶水头处。
进一步，所述量水堰槽与集水腔上部设有挡雨盖板，用于防止外界雨水直接进入量水堰槽与集水腔。
进一步，所述压力传感器设于距离量水堰板6倍最大堰顶水头处。
进一步，所述集雨漏斗的底部开口穿设有过滤管，过滤管为网状结构，过滤管与引水管连接，引水管位于集水腔中。
进一步，还包括电源、电源线、传感器线路，压力传感器通过传感器线路与无线发射器连接，无线发射器通过电源线与电源连接，电源用于为无线发射器提供工作电压，所述室内终端用于根据无线发射器传送的量水堰水深计算出实时降雨量。
进一步，所述集雨漏斗的直径为60cm，漏斗角度为45度。
一种超大量程量水堰式雾化自动测量方法，其特征在于采用上述装置进行，所述方法包括：集雨漏斗收集降雨，并将雨水通过引水管引至集沙槽，雨水中杂质在此沉淀，沉淀后雨水通过消浪栅消能，进入量水堰槽，雨水通过量水堰板下泄，压力传感器通过水位测量计算降雨量，并通过无线发射器、电源线、电源、传感器线路组合将量水堰水深传至室内终端，所述室内终端根据无线发射器7传送的量水堰水深计算出实时降雨量，降雨量计算公式为
R＝1.33h2.465/(π(0.5D)2)*3600000
h＝H-P+0.0011
其中：H为压力测点测点位置水深，P为量水堰板高度，h为堰顶水头，D为集雨漏斗的直径，R为降雨强度。
本发明的有益效果为：
本发明提供的测量装置颠覆翻斗式与称重式雨量计的固有模式，解决了现有雨量观测设备间断测量、观测雨量小、观测时间有限的弊端。针对雾化核心区雨量超大的特点，采用集雨设备与量水堰结合的方式，能够超大量程观测，观测降雨量能够达到3000-50000mm/h，完全满足实际工程雾化降雨核心区的雨量观测要求；采用量水堰测量计算雨量，降雨自量水堰三角堰板自由出流，不会在观测设备中堆积，能够确保雾化降雨观测时域曲线的连续性以及观测的持久性；通过压力传感器进行水位感应，并通过无线发射器将数据传输至室内工作站，克服了现场观测的恶劣环境。设备构造简单，造价低，实用性强，便于现场维护。
附图说明
图1是本发明超大量程量水堰式雾化自动测量装置的立体结构示意图；
图2是本发明超大量程量水堰式雾化自动测量装置的俯视图；
图3是本发明超大量程量水堰式雾化自动测量装置的主视图；
图4是本发明超大量程量水堰式雾化自动测量装置的右视图。
图中：1—集雨漏斗，2—漏斗支撑件，3—挡雨盖板，4—量水堰板，5—电源，6—电源线，7—无线发射器，8—传感器线路，9—压力传感器，10—集沙槽，11—消浪栅，12—引水管，13—过滤管，14—集水腔，41—量水堰槽。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
如图1-4所示，本发明超大量程量水堰式雾化自动测量装置其中一个实施例包括集雨漏斗1、漏斗支撑件2、挡雨盖板3、量水堰板4、量水堰槽41、电源5、电源线6、无线发射器7、传感器线路8、压力传感器9、集沙槽10、消浪栅11、引水管12、过滤管13、集水腔14。
所述集雨漏斗1的直径可以根据需求选择60cm左右，漏斗角度为45度。
所述集雨漏斗1的下部设有漏斗支撑件2，漏斗支撑件2用于对集雨漏斗1进行支撑和稳定，漏斗支撑件2可采用图1所示直立的圆弧结构，也可设计为直角等各种形状，支撑形式可为柱支撑、板支撑等各种支撑形式。
所述集雨漏斗1的底部开口穿设有过滤管13，过滤管13为网状结构，能够将落叶，枯枝等大颗粒物拦截。过滤管13与引水管12连接，所述集雨漏斗1的下部设有集水腔14，引水管12位于集水腔14中，集沙槽10设于集水腔14下部，且与集水腔14连通。集沙槽10用于沉淀水流中细微杂质，避免杂质过多而堆积在量水堰槽41中，从而影响测量精度，可根据降雨含沙量多少适当调整集沙槽10深度。
所述集水腔14为封闭腔体结构，腔体的其中一个侧壁设计为消浪栅11，消浪栅11与量水堰槽41的一侧连通，量水堰槽41的另一侧设有量水堰板4，所述量水堰板4为直角三角形堰，过水缺口为等腰直角三角形，消浪栅11、量水堰板4通过量水堰槽41连接，集水腔14收集的雨水经过消浪栅11后通过量水堰槽41流动，然后自量水堰板4的直角三角形缺口下泄。量水堰板4过水缺口为等腰直角三角形，量水堰板4上游面呈锐缘状态，堰背加工成斜面，斜面与堰背之间夹角为θ角，30°≦θ<45°，堰口顶面宽度为1-2mm(如图4量水堰板堰口细部图所示)。堰口顶面宽度与堰背斜面角度的设定能够尽可能避免水流表面张力的影响，有利于堰口平顺出流，增加量水堰的过流精度。
所述消浪栅11为平缓水流作用，使水流平顺，增加量水堰槽41的测量精度，其透水方式可设计为打孔、百叶窗等多种形式，打孔时花孔形状包括圆形、矩形等各种形状，设置在量水堰板4上游10倍最大堰顶水头处。
量水堰槽41与集水腔14上部设有挡雨盖板3，防止外界雨水直接进入量水堰槽41与集水腔14，影响测量精度。
压力传感器9设于量水堰槽41边墙底部，距离量水堰板6倍最大堰顶水头处，压力传感器9工作时可以将感测的液体压力转换成电信号对外输出，再通过转换换为压力数据。压力传感器9用于测量换算量水堰水深，压力传感器9通过传感器线路8与无线发射器7连接，无线发射器7通过电源线6与电源5连接，电源5用于为无线发射器7提供工作电压。
本发明工作原理为：
集雨漏斗1收集降雨，并将雨水通过引水管12引至集沙槽10，雨水中杂质在此沉淀，沉淀后雨水通过消浪栅11消能，进入量水堰槽41，雨水通过量水堰板4下泄，压力传感器9测量量水堰水深，并通过无线发射器7、电源线6、电源5、传感器线路8组合将量水堰水深传至室内终端。
本发明采用测量的计算方法为：
R＝1.33h2.465/(π(0.5D)2)*3600000
h＝H-P+0.0011
其中：H为压力测点测点位置水深；P为量水堰板高度；h为堰顶水头；D为集雨漏斗直径，R为降雨强度，单位mm/h,3000≦R≦50000。
其中一个实施例，集雨漏斗1直径D＝0.6m，量水堰水深H，集沙槽10深0.05m，堰长0.65m，量水堰板4直角边0.2m，量水堰板高度P＝0.1m，计算降雨强度如下：
因此，只需压力传感器9感应水位H即可计算出实时降雨量mm/h。
本发明达到了现有观测设备观测不到的量程，完全满足了实际工程中雾化降雨核心区观测需求；达到了持续性观测的效果，使观测结果更加细致准确，且设备简单，成本低，易于现场安装固定，便于维护。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：包括压力传感器(9)、无线发射器(7)、集雨漏斗(1)、用于对集雨漏斗(1)进行支撑和稳定的漏斗支撑件(2)、设于集雨漏斗(1)下部的集水腔(14)、设于集水腔(14)下部且与集水腔(14)连通的集沙槽(10)，所述集水腔(14)为腔体结构，腔体的其中一个侧壁设计为消浪栅(11)，消浪栅(11)、量水堰板(4)通过量水堰槽(41)连接，集水腔(14)收集雨水通过量水堰槽(41)流动，自量水堰板(4)的缺口下泄，压力传感器(9)设于量水堰槽(41)侧墙底部，压力传感器(9)用于测量量水堰水深，压力传感器(9)与无线发射器(7)通信连接，所述无线发射器(7)用于将压力传感器(9)测量的量水堰水深传至室内终端。
2.如权利要求1所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：所述量水堰板(4)为直角三角形堰，过水缺口为等腰直角三角形，量水堰槽(41)中的雨水自量水堰板(4)的直角三角形缺口下泄。
3.如权利要求2所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：所述量水堰板(4)上游面呈锐缘状态，堰背加工成斜面，与堰背之间夹角为θ角，30°≦θ<45°，堰口顶面宽度为1-2mm。
4.如权利要求1所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：所述消浪栅(11)设置在量水堰板(4)上游10倍最大堰顶水头处。
5.如权利要求1所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：所述量水堰槽(41)与集水腔(14)上部设有挡雨盖板(3)，用于防止外界雨水直接进入量水堰槽(41)与集水腔(14)。
6.如权利要求1所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：所述压力传感器(9)设于距离量水堰板6倍最大堰顶水头处。
7.如权利要求1所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：所述集雨漏斗(1)的底部开口穿设有过滤管(13)，过滤管(13)为网状结构，过滤管(13)与引水管(12)连接，引水管(12)位于集水腔(14)中。
8.如权利要求1所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：还包括电源(5)、电源线(6)、传感器线路(8)，压力传感器(9)通过传感器线路(8)与无线发射器(7)连接，无线发射器(7)通过电源线(6)与电源(5)连接，电源(5)用于为无线发射器(7)提供工作电压，所述室内终端用于根据无线发射器(7)传送的量水堰水深计算出实时降雨量。
9.如权利要求1所述的超大量程量水堰式雾化自动测量装置，其特征在于：所述集雨漏斗(1)的直径为60cm，漏斗角度为45度。
10.一种超大量程量水堰式雾化自动测量方法，其特征在于采用权利要求1-9中任一项所述装置进行，所述方法包括：集雨漏斗(1)收集降雨，并将雨水通过引水管(12)引至集沙槽(10)，雨水中杂质在此沉淀，沉淀后雨水通过消浪栅(11)消能，进入量水堰槽(41)，雨水通过量水堰板(4)下泄，压力传感器(9)通过水位测量计算降雨量，并通过无线发射器(7)、电源线(6)、电源(5)、传感器线路(8)组合将量水堰水深传至室内终端，所述室内终端根据无线发射器(7)传送的量水堰水深计算出实时降雨量，降雨量计算公式为
R＝1.33h2.465/(π(0.5D)2)*3600000
h＝H-P+0.0011
其中：H为压力测点测点位置水深，P为量水堰板(4)高度，h为堰顶水头，D为集雨漏斗(1)的直径，R为降雨强度。
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