CN110700178B - 一种水波横向冲蚀能力观测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水波横向冲蚀能力观测系统，属于水波冲击强度的检测技术领域，所述的水波横向冲蚀能力观测系统包括水波横向冲击强度观测组、水波冲蚀运移土石粒收集观测组、风力风向观测组；所述的水波横向冲击强度观测组由抗冲接触区、抗冲压力区、抗冲测数区、数据采集箱四部分组成，所述的抗冲接触区包括滑动接力板、横向冲力保护板，抗冲压力区包括各应力级弹簧、弹簧装接孔、防水指数主管、防水软管、横向冲力保护板，抗冲测数区包括密闭防水箱、上下左右测数指针、对应弹簧的计数电测板、数据传输线，数据采集箱包括数据接收器、电池及太阳板。该装置系统能对河流、湖泊、库区的水波冲蚀能力、边坡侵蚀粒级及泥沙淤积区容量提供数据分析。
Description
技术领域
本发明属于水波冲击强度的检测技术领域，更具体的说涉及一种水波横向冲蚀能力观测系统。
背景技术
现有的测波仪有视距测波仪、测波杆、压力测波仪、声学测波仪、重力测波仪、遥感测波仪。目前岸站测波的主要仪器多为视距测波仪和测标杆，但准确度较低，且受主观因素影响较大。而且它们更多的是测算一些波高数值通过曲线连接形成波形图，对于短时间间隔的数据不是很精确，对于长时期的波形分析比较适用。而且，从土壤侵蚀的角度来讲，水波冲刷会使土石颗粒产出运移，较强的冲刷能力能侵蚀更过的土石量，但不同水力冲击强度必定会引起不同粒径的颗粒运移，而现有的强度检测仪多作用于固体物质，反映的是颗粒团聚凝聚力与强度之间定量关系。
通过风力风向的观测来对应形成不同横向冲击强度的水波，而通过测算水波的横向冲击强度反映波高，且装置设计中排除水波竖向、侧向流动冲击力对横向冲击力的干扰，并在数据处理中再次进行干扰排除，保证实验数据精确。通过水波横向冲击强度形成的强度波形图，利用波峰波谷计算水波频率、最强波冲击、最弱波冲击。可得到季节性冲击强度波形图间而反映水蚀程度。而水波携带土石粒的收集装置能反映随水波变化，冲击强度减弱，土石粒本身在重力和水冲力的作用下，粒径大的颗粒会逐级下沉，同时也能说明在某一时刻的水波中携带的最大粒径颗粒也就是此时刻水波冲击强度能对山体边坡土壤冲击溃散的最大颗粒，而超过该粒径的更大颗粒则未发生移动，这也就能解释冲击扇形成的原因。该装置系统能对河流、湖泊、库区的水波冲蚀能力、边坡侵蚀粒级及泥沙淤积区容量提供数据分析。
发明内容
本发明针对现有测波仪存在的缺陷进行优化设计，减少人为定点竖尺、观测读数等主观因素和水体流动、浮游生物、泥沙等客观因素的干扰，直接获取水波冲击强度连续波形图，保证实验数据不出现跳跃性、隔空性。对液态物质流动冲击强度测试做探索。同时，能分析水波携带的土石粒水层粒径，说明水波冲击强度与、水面风力大小、侵蚀的粒径大小关系，为河流、湖泊、库区生态修复、水土保持从阻隔风力调整风向、减缓水波冲击强度或提高土石粒径的角度提供可靠依据。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的水波横向冲蚀能力观测系统包括水波横向冲击强度观测组、水波冲蚀运移土石粒收集观测组、风力风向观测组6；把风力风向观测结果、水层粒径分析结果与水波横向冲击强度建立数值模型，就能得到基站位置处水波的横向冲蚀能力范围大小情况。
优选的，所述的水波横向冲击强度包括用于接触水波以及传导水波的抗冲接触区1，用于测量水波冲击的抗冲压力区2，用于水波冲击数据测试的抗冲测数区3，用于水波冲击数据采集的数据采集箱4四部分组成；抗冲接触区1后端与抗冲压力区2连接，抗冲压力区2后端与抗冲测数区3连接，抗冲测数区3域数据采集箱4连接；
所述的抗冲接触区1包括滑动接力板101、横向冲力保护板102，抗冲压力区2包括各应力级弹簧201、弹簧装接孔202、防水指数主管203、防水软管204、横向冲力保护板102，抗冲测数区3包括密闭防水箱301、上下左右测数指针302、对应弹簧201的计数电测板303、数据传输线304，数据采集箱4包括数据接收器401、电池及太阳板402；
水波冲蚀运移土石粒收集器5包括用于收集土石粒的收集囊51，用于在水波冲击下进行旋转的旋转管52以及基座53组成，所述的收集囊51包括收集硬壳511、收集透水软袋512，所述的旋转管52包括滑轮旋转支撑钮521、旋转外管522、旋转定管523。
优选的，所述的风力风向观测组6包括风速器、风向器组成，风速器包括椭形凹面勺61、滑轮62、电阻式接触反应器63、旋转测速盘64；风向器包括风向标65、滑轮62、角度盘接触反应器66、正反风向指针67。
优选的，所述的抗冲接触区1滑动接力板101后端连接有应力级弹簧201，滑动接力板四周安装头横向冲力保护板102，横向冲力保护板102与滑动接力板之间安装有滑轮62；所述的应力级弹簧201通过弹簧装接孔202安装于密封防水箱上，防水指数主管203一端安装于滑动接力板后部中间位置，另一端与测数指针302连接，所述的防水指针位于上下左右四个方向，防水指数主管203外部安装有防水软管204用于防水；测数指针302安装于计数电测板303上，计数电侧板另一端与数据传输线304连接，数据传输线304与数据接收器401连接，太阳板与电池连接，太阳板为电池充电，电池为整个系统供电；所述的收集囊51安装于旋转管52外侧，旋转管52通过底部的旋转滑轮安装于基座53上。
优选的，水波的横向冲力通过滑动接力板101传输给应力弹簧201，弹簧201压缩将防水指数主管203推动前进，同时安装在主管上的上下左右测数指针302也同时运动，计数电测板303将各时刻的指针运动终点记录传输给数据接收器401，形成四组强度波形图，分别对应上下左右四个测数指针302，最后进行四组数据分析校正得到水波横向冲击强度波形图。其过程中，横向冲力保护板102的作用是保护滑动接力板101和应力弹簧201免受水波竖向和侧向的大幅冲力冲击。
优选的，水波冲蚀运移的土石粒水波通过收集硬壳511，进入收集透水软袋512，而多余的水分通过软袋微孔隙透出区，留下土石粒，在透水软袋512水分充盈的情况下，旋转外管522在水波冲击收集囊51形成旋转力促使旋转外管522转动，转动后收集硬壳511内的土石粒失去了水波的横向冲击力，在重力的作用下掉入透水软袋512底部。把一定时期分水层收集的土石粒取回室内分析，分析粒径，得到各水层的最大粒径及占比量最多的粒级。
优选的，所述的收集囊51由收集硬壳511与透水软袋512组成，收集硬壳511用于组成进水口，收集硬壳511的底部安装有透水软袋512，进水口的一侧垂直安装于旋转管52上，进水口与旋转管52垂直，对应的旋转管52另一面对应的位置安装有另外一个收集囊51。
优选的，所述的旋转管52包括旋转定管523与旋转外管522，收集囊51安装于旋转外管522上，旋转定管523位于旋转外管522内，旋转定管523通过底部的滑轮62旋转支撑座与基座53连接固定。
本发明有益效果：
水体流动是由于力的作用，但水体很难清晰地分别出各种应力。而以往测波仪多以波高测量为主，通过波高形成的波形图来反映水波的水势大小。此项专利能将水波的横向冲力从竖向侧向冲力的影响作用中剥离出来，分析水波运移土石粒径级，反映土壤侵蚀程度，为水体力学和土壤侵蚀提供参考。
附图说明
图1为水波横向冲蚀能力观测系统图；
图2为风力风向观测组图；
图3为水波横向冲击强度检测组图；
图4为水波横向冲击强度检测组分区图；
图5为水波冲蚀运移土石粒收集器；
图6为水波横向冲击强度与冲蚀运移土石粒的关系图。
其中、1-抗冲接触区、2-抗冲压力区、3-抗冲测数区、4-数据采集箱、5-土石粒收集器、6-风力风向观测组、101-滑动接力板、102-横向冲力保护板、201-应力级弹簧、202-弹簧装接孔、203-防水指数主管、204-防水软管、301-密闭防水箱、302-测数指针、303-计数电测板、304-数据传输线、401-数据接收器、402-电池及太阳板、51-收集囊、52-旋转管、53-基座、511-收集硬壳、512-收集透水软袋、521-滑轮旋转支撑钮、522-旋转外管、523-旋转定管、61-椭形凹面勺、62-滑轮、63-电阻式接触反应器、64-旋转测速盘、65-风向标、66-角度盘接触反应器、67-正反风向指针。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
所述的水波横向冲蚀能力观测系统包括水波横向冲击强度观测组、水波冲蚀运移土石粒收集观测组、风力风向观测组6；把风力风向观测结果、水层粒径分析结果与水波横向冲击强度建立数值模型，就能得到基站位置处水波的横向冲蚀能力范围大小情况。
所述的风力风向观测组6包括风速器、风向器组成，风速器包括椭形凹面勺61、滑轮62、电阻式接触反应器63、旋转测速盘64；风向器包括风向标65、滑轮62、角度盘接触反应器66、正反风向指针67，风速器与风向器均为现有成品。
所述的水波横向冲击强度包括用于接触水波以及传导水波的抗冲接触区1，用于测量水波冲击的抗冲压力区2，用于水波冲击数据测试的抗冲测数区3，用于水波冲击数据采集的数据采集箱4四部分组成；抗冲接触区1后端与抗冲压力区2连接，抗冲压力区2后端与抗冲测数区3连接，抗冲测数区3域数据采集箱4连接；
所述的抗冲接触区1包括滑动接力板101、横向冲力保护板102，抗冲压力区2包括各应力级弹簧201、弹簧装接孔202、防水指数主管203、防水软管204、横向冲力保护板102，抗冲测数区3包括密闭防水箱301、上下左右测数指针302、对应弹簧201的计数电测板303、数据传输线304，数据采集箱4包括数据接收器401、电池及太阳板402；
水波冲蚀运移土石粒收集器5包括用于收集土石粒的收集囊51，用于在水波冲击下进行旋转的旋转管52以及基座53组成，所述的收集囊51包括收集硬壳511、收集透水软袋512，所述的旋转管52包括滑轮旋转支撑钮521、旋转外管522、旋转定管523。
所述的抗冲接触区1滑动接力板101后端连接有应力级弹簧201，滑动接力板四周安装头横向冲力保护板102，横向冲力保护板102与滑动接力板之间安装有滑轮62；所述的应力级弹簧201通过弹簧装接孔202安装于密封防水箱上，防水指数主管203一端安装于滑动接力板后部中间位置，另一端与测数指针302连接，所述的防水指针位于上下左右四个方向，防水指数主管203外部安装有防水软管204用于防水；测数指针302安装于计数电测板303上，计数电侧板另一端与数据传输线304连接，数据传输线304与数据接收器401连接，太阳板与电池连接，太阳板为电池充电，电池为整个系统供电；所述的收集囊51安装于旋转管52外侧，旋转管52通过底部的旋转滑轮安装于基座53上。
所述的收集囊51由收集硬壳511与透水软袋512组成，收集硬壳511用于组成进水口，收集硬壳511的底部安装有透水软袋512，进水口的一侧垂直安装于旋转管52上，进水口与旋转管52垂直，对应的旋转管52另一面对应的位置安装有另外一个收集囊51。
所述的旋转管52包括旋转定管523与旋转外管522，收集囊51安装于旋转外管522上，旋转定管523位于旋转外管522内，旋转定管523通过底部的滑轮62旋转支撑座与基座53连接固定。与水波横向冲击强度检测组并排安装，也可以直接安装在冲击强度检测组的基座53上。收集透水软袋512内的土石粒收取时间应按时段或冲击强度幅度或频率收取。
水波横向冲击强度观测组安装：将基座53固定在预测水域，调整仪器高度至稳定水平面的高度，使水平线刚好在滑动接力板101的中线位置，同时调整仪器方向，是滑动接力板101正面对应着水波，与水波扩散拟线正交。安装限度较大的应力弹簧201，看水波横向强度大致区间后再安装限度适宜的应力弹簧201。数据采集箱4可安装于强度检测仪的上方，也可安装于便于数据查看的地方，由当地情况决定。
水波横向冲击强度观测：水波的横向冲力通过滑动接力板101传输给应力弹簧201，弹簧201压缩将防水指数主管203推动前进，同时安装在主管上的上下左右测数指针302也同时运动，计数电测板303将各时刻的指针运动终点记录传输给数据接收器401，形成四组强度波形图，分别对应上下左右四个测数指针302，最后进行四组数据分析校正得到水波横向冲击强度波形图。其过程中，横向冲力保护板102的作用是保护滑动接力板101和应力弹簧201免受水波竖向和侧向的大幅冲力冲击。
水波冲蚀运移土石粒收集观测组安装：可与水波横向冲击强度检测组并排安装，也可以直接安装在冲击强度检测组的基座上。根据欲测水波层次高度，把收集器安装在旋转外管两侧，使两竖排列的收集器进水口呈相对方向。把减扰盘安装在最底部收集器的下方20cm处，手动试转动旋转主管，看旋转盘是否轻松转动不卡顿。收集透水软袋内的土石粒收取时间应按时段或冲击强度幅度或频率收取。
水波冲蚀运移土石粒收集观测：水波冲蚀运移的土石粒水波通过收集硬壳511，进入收集透水软袋512，而多余的水分通过软袋微孔隙透出区，留下土石粒，在透水软袋512水分充盈的情况下，旋转外管522在水波冲击收集囊51形成旋转力促使旋转外管522转动，转动后收集硬壳511内的土石粒失去了水波的横向冲击力，在重力的作用下掉入透水软袋512底部。把一定时期分水层收集的土石粒取回室内分析，分析粒径，得到各水层的最大粒径及占比量最多的粒级。
风力风向观测组6安装：将风速器安装在基站上，并把电阻式接触反应器63的电源线与传输线接到数据采集箱内。当椭形凹面勺61转动时，查看数据采集箱内的显示器是否正常显示风速。将风向器安装在基站上，并把角度盘接触反应器66的电源线与传输线接到数据采集箱内。当风向标65转动时，查看数据采集箱内的显示器是否正常显示风向。
风力风向观测：风力大小通过椭形凹面勺61带动旋转测速盘64；测速盘上的四组贴片刮过电阻式接触反应器63的接触面，形成的数据录入计数器；四组贴片形成的四组风速数据再经过平均值、方差校正得到准确的风速数据。风向通过风向标65带动正反风向指针67；正反风向指针67与角度盘接触反应器66接触，形成的数据录入计度器；反向风向指针得到的数据经过角度倒换可以矫正正向风向指针的风向数据。
本发明是通过风力风向的观测来对应形成不同横向冲击强度的水波，而通过测算水波的横向冲击强度反映波高，且装置设计中排除水波竖向、侧向流动冲击力对横向冲击力的干扰，并在数据处理中再次进行干扰排除，保证实验数据精确。通过水波横向冲击强度形成的强度波形图，利用波峰波谷计算水波频率、最强波冲击、最弱波冲击。可得到季节性冲击强度波形图间而反映水蚀程度。而水波携带土石粒的收集装置能反映随水波变化，冲击强度减弱，土石粒本身在重力和水冲力的作用下，粒径大的颗粒会逐级下沉，同时也能说明在某一时刻的水波中携带的最大粒径颗粒也就是此时刻水波冲击强度能对山体边坡土壤冲击溃散的最大颗粒，而超过该粒径的更大颗粒则未发生移动，这也就能解释冲击扇形成的原因。该装置系统能对河流、湖泊、库区的水波冲蚀能力、边坡侵蚀粒级及泥沙淤积区容量提供数据分析。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员 来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种水波横向冲蚀能力观测系统，其特征在于：所述的水波横向冲蚀能力观测系统包括水波横向冲击强度观测组、水波冲蚀运移土石粒收集观测组、风力风向观测组；把风力风向观测结果、水层粒径分析结果与水波横向冲击强度建立数值模型，就能得到基站位置处水波的横向冲蚀能力范围大小情况；
所述的水波横向冲击强度观测组包括用于接触水波以及传导水波的抗冲接触区（1），用于测量水波冲击的抗冲压力区（2），用于水波冲击数据测试的抗冲测数区（3），用于水波冲击数据采集的数据采集箱（4）四部分组成；抗冲接触区（1）后端与抗冲压力区（2）连接，抗冲压力区（2）后端与抗冲测数区（3）连接，抗冲测数区（3）与数据采集箱（4）连接；
所述的抗冲接触区（1）包括滑动接力板（101）、横向冲力保护板（102），抗冲压力区（2）包括各应力弹簧（201）、弹簧装接孔（202）、防水指数主管（203）、防水软管（204）、横向冲力保护板（102），抗冲测数区（3）包括密闭防水箱（301）、上下左右测数指针（302）、对应应力弹簧（201）的计数电测板（303）、数据传输线（304），数据采集箱（4）包括数据接收器（401）、电池及太阳板（402）；
所述的水波冲蚀运移土石粒收集观测组包括水波冲蚀运移土石粒收集器（5），收集土石粒的收集囊（51），用于在水波冲击下进行旋转的旋转管（52）以及基座（53），所述的收集囊（51）包括收集硬壳（511）、收集透水软袋（512），所述的旋转管（52）包括滑轮旋转支撑钮（521）、旋转外管（522）、旋转定管（523）；
所述的风力风向观测组（6）包括风速器、风向器组成，风速器包括椭形凹面勺（61）、第一滑轮（62）、电阻式接触反应器（63）、旋转测速盘（64）；风向器包括风向标（65）、角度盘接触反应器（66）、正反风向指针（67）；
所述的抗冲接触区（1）滑动接力板（101）后端连接有应力弹簧（201），滑动接力板（101）四周安装有横向冲力保护板（102），横向冲力保护板（102）与滑动接力板（101）之间安装有第二滑轮（103）；所述的应力弹簧（201）通过弹簧装接孔（202）安装于密封防水箱上，防水指数主管（203）一端安装于滑动接力板后部中间位置，另一端与测数指针（302）连接，防水指针位于上下左右四个方向，防水指数主管（203）外部安装有防水软管（204）用于防水；测数指针（302）安装于计数电测板（303）上，计数电测板（303）另一端与数据传输线（304）连接，数据传输线（304）与数据接收器（401）连接，太阳板与电池连接，太阳板为电池充电，电池为整个系统供电；收集囊（51）安装于旋转管（52）外侧，旋转管（52）通过底部的旋转滑轮安装于基座（53）上。
2.根据权利要求1所述的一种水波横向冲蚀能力观测系统，其特征在于：水波的横向冲力通过滑动接力板（101）传输给应力弹簧（201），应力弹簧（201）压缩将防水指数主管（203）推动前进，同时安装在主管上的上下左右测数指针（302）也同时运动，计数电测板（303）将各时刻的指针运动终点记录传输给数据接收器（401），形成四组强度波形图，分别对应上下左右四个测数指针（302），最后进行四组数据分析校正得到水波横向冲击强度波形图，其过程中，横向冲力保护板（102）的作用是保护滑动接力板（101）和应力弹簧（201）免受水波竖向和侧向的大幅冲力冲击。
3.根据权利要求1所述的一种水波横向冲蚀能力观测系统，其特征在于：水波冲蚀运移的土石粒水波通过收集硬壳（511），进入收集透水软袋（512），在透水软袋（512）水分充盈的情况下，旋转外管（522）在水波冲击收集囊（51）形成旋转力促使旋转外管（522）转动，转动后收集硬壳（511）内的土石粒失去了水波的横向冲击力，在重力的作用下掉入透水软袋（512）底部，把一定时期分水层收集的土石粒取回室内分析，分析粒径，得到各水层的最大粒径及占比量最多的粒级。
4.根据权利要求3所述的一种水波横向冲蚀能力观测系统，其特征在于：所述的收集囊（51）由收集硬壳（511）与透水软袋（512）组成，收集硬壳（511）用于组成进水口，收集硬壳（511）的底部安装有透水软袋（512），进水口的一侧垂直安装于旋转管（52）上，进水口与旋转管（52）垂直，对应的旋转管（52）另一面对应的位置安装有另外一个收集囊（51）。
5.根据权利要求3所述的一种水波横向冲蚀能力观测系统，其特征在于：所述的旋转管（52）包括旋转定管（523）与旋转外管（522），收集囊（51）安装于旋转外管（522）上，旋转定管（523）位于旋转外管（522）内，旋转定管（523）通过底部的第一滑轮（62）旋转支撑座与基座（53）连接固定。
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