CN220039534U - 一种山区河流径流泥沙自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种山区河流径流泥沙自动监测系统，包括排淤量水槽，所述排淤量水槽包括槽底，还包括结构相同且呈镜像相对设置于槽底两侧的第一导流墙和第二导流墙，所述第一导流墙的外侧设置有第一梯形剖面堰，所述第二导流墙的外侧设置有第二梯形剖面堰，所述第一梯形剖面堰与第二梯形剖面堰对称设置；所述排淤量水槽包括由上游至下游依次接设置的分水段、连接段、收缩过渡扭面段和梯形窄段，所述分水段为排淤量水槽的进水口，所述梯形窄段为排淤量水槽的排水口；所述槽底上方还设置有对流经排淤量水槽的径流进行监测的监测组件，所述监测组件包括温度传感器、超声波传感器、浊度传感器、光照监测仪、pH传感器和GPS传感器。

Description

一种山区河流径流泥沙自动监测系统

技术领域

本实用新型属于泥沙监测设备技术领域，具体涉及一种山区河流径流泥沙自动监测系统。

背景技术

大多数河流的中上游分布在山区，加强山区河流流量及泥沙含量的自动化监测，对合理开发利用河流水资源、提高河流减灾防灾能力、维护山区河流生态健康发展具有重要意义。

目前，河道径流量多采用非接触式技术确定，如比降面积法、量水建筑物法、雷达法、粒子图像法等。其中，雷达法、粒子图像法等表面流速法对测量条件敏感，易受测量角度和外界风载等因素影响，在低速范围内存在较大误差；量水建筑物法由于不受人为因素和外部条件影响，只需架设水位测量雷达和信号传送器，便很容易实现野外恶劣环境下流量远距离的实时监测，具有很强的推广价值。但是，由于山区地形地质条件独特、河流和溪流河道断面复杂、流量变幅较大且河床结构多样，所以除了需要对量水设施的测流公式进行研究之外，还需要考虑量水设施的水力性能、对自然河床的剪切、两岸侵蚀及鱼类洄游等生态影响，但目前对山区量水设施的研究较少，导致现有山区河流流量及泥沙含量监测技术相对滞后，亟需开发适用于山区河流径流泥沙自动监测的装置。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种山区河流径流泥沙自动监测系统，以解决现有技术中存在的山区河流流量及泥沙含量监测技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种山区河流径流泥沙自动监测系统，包括排淤量水槽，所述排淤量水槽包括槽底，还包括结构相同且呈镜像相对设置于槽底两侧的第一导流墙和第二导流墙，所述第一导流墙的外侧设置有第一梯形剖面堰，所述第二导流墙的外侧设置有第二梯形剖面堰，所述第一梯形剖面堰与第二梯形剖面堰对称设置；

所述排淤量水槽包括由上游至下游依次接设置的分水段、连接段、收缩过渡扭面段和梯形窄段，所述分水段为排淤量水槽的进水口，所述梯形窄段为排淤量水槽的排水口；

所述槽底上方还设置有对流经排淤量水槽的径流进行监测的监测组件，所述监测组件包括温度传感器、超声波传感器、浊度传感器、光照监测仪、pH传感器和GPS传感器。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述分水段的高度从零开始由远离连接段向靠近连接段逐渐增大至与连接段高度相同。

更进一步的，自所述分水段头端至收缩过渡扭面段与梯形窄段交界处所对应的槽底横向宽度逐渐减小。

更进一步的，所述分水段头端与所述梯形窄段头端所在直线与槽底中线间的夹角为30～60°。

更进一步的，所述分水段头端与所述梯形窄段头端所在直线与槽底中线间的夹角为45°。

更进一步的，所述第一梯形剖面堰和第二梯形剖面堰对应设置于收缩过渡扭面段与梯形窄段处。

更进一步的，所述第一梯形剖面堰旁设置有第一升降立柱，所述第二梯形剖面堰旁设置有第二升降立柱，所述第一升降立柱与第二升降立柱上方架设有横梁，所述横梁上设置有多个用于连接所述监测组件的伸缩杆。

更进一步的，还包括供电组件，所述供电组件包括连接设置的太阳能光伏板、电压调节器和蓄电池，所述蓄电池分别与温度传感器、超声波传感器、浊度传感器、光照监测仪、pH传感器和GPS传感器电连接。

更进一步的，所述太阳能光伏板设置在横梁上，所述电压调节器设置在第二升降立柱上，所述蓄电池设置在第二升降立柱底部。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本实用新型以导流墙和梯形剖面堰作为基础，提供了一种适用于山区的堰槽组合量水设施，兼具测量河道流量、增高上游雍水的功能，能够较好地解决山区季节性河流流量变幅大而导致量水精度低的问题。

(2)本实用新型的导流墙具有稳定水位以及在槽内形成临界流的作用；将用于径流泥沙监测的监测组件设置在槽底正上方，能够实时、连续采集山区河流的流量、泥沙含量、温度、PH值、位置等监测数据，从而能够加强山区河流的流量及泥沙含量的自动化监测，有利于合理开发利用河流水资源、提高河流减灾防灾能力、维护山区河流生态健康发展。

(3)本实用新型的导流墙具备排沙冲淤及为鱼类提供生态通道的作用，解决了常规梯形剖面堰在小流量情况下阻碍鱼类洄游等问题，导流墙两侧第一梯形剖面堰和第二梯形剖面堰有利于控制主流方向，防止水流冲刷两侧坡脚。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图，其中箭头方向为水流方向；

图2是本实用新型的俯视图；

图3是本实用新型的导流墙及量水堰槽内过流流场图；

图中各个标号的含义为：

1-槽底，2-第一导流墙，3-第二导流墙，4-第一梯形剖面堰，5-第二梯形剖面堰，6-监测组件，7-第一升降立柱，8-第二升降立柱，9-横梁，10-伸缩杆，11-供电组件；

21-分水段，22-连接段，23-收缩过渡扭面段，24-梯形窄段；61-温度传感器，62-超声波传感器，63-浊度传感器，64-光照监测仪，65-pH传感器，66-GPS传感器；111-太阳能光伏板，112-电压调节器，113-蓄电池。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如无特殊说明，本实用新型中所涉及的零部件均为市售可得。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1和图2所示，本实施例提供一种山区河流径流泥沙自动监测系统，包括排淤量水槽，排淤量水槽包括槽底1，还包括结构相同且呈镜像相对设置于槽底1两侧的第一导流墙2和第二导流墙3，第一导流墙2的外侧设置有第一梯形剖面堰4，第二导流墙3的外侧设置有第二梯形剖面堰5，第一梯形剖面堰4与第二梯形剖面堰5对称设置；第一导流墙2和第二导流墙3起导流作用，第一梯形剖面堰4与第二梯形剖面堰5的具有稳定水位以及在槽内形成临界流的作用。

在小流量时，在排淤量水槽内过流，在大流量时，同时进行排淤量水槽内过流，以及第一梯形剖面堰4与第二梯形剖面堰5的堰顶溢流。这种堰槽组合式量水设施，兼具测量河道流量、增高上游雍水的功能，能够较好地解决山区季节性河流流量变幅大而导致量水精度低的问题。

第一导流墙2和第二导流墙3均包括由上游至下游依次接设置的分水段21、连接段22、收缩过渡扭面段23和梯形窄段24；

槽底1上方还设置有对流经排淤量水槽的径流进行监测的监测组件6，监测组件包括温度传感器61、超声波传感器62、浊度传感器63、光照监测仪64、pH传感器65和GPS传感器66。

本实施例中，温度传感器61用于测量水流温度；超声波传感器62用于测量排淤量水槽内的水位，进而确定流量值；浊度传感器63用于测量水流浊度，根据测量的水流浊度能够确定水流中的泥沙含量，pH传感器65用于测量水流的PH值，光照监测仪64用于获取光照强度数据；GPS传感器66用于获取位置信息，且温度传感器61、超声波传感器62、浊度传感器63、光照监测仪64、pH传感器65和GPS传感器66获取的数据可以传送到远端控制器上进行存储和处理。

第一导流墙2的分水段和第二导流墙3的分水段之间形成水流入口，第一导流墙2的梯形窄段24和第二导流墙3的梯形窄段24之间形成水流出口，分水段21的水流接触端呈曲线形，优选半圆形，这种形状设置是为了平稳分流，避免在分水段21的边壁上造成明显的二次流，连接段22为矩形断面，起作用是与分水段21形成衔接，使水流在分流之后相对稳定，连接段22的长度为0.25m，收缩过渡扭面段23用于从连接段22到梯形窄段24的过渡。梯形窄段24的断面为等腰梯形。

作为本实施例的一种优选方案，分水段21的高度从零开始由远离连接段22向靠近连接段22逐渐增大至与连接段22高度相同；

作为本实施例的一种优选方案，顺水流方向，自所述分水段21头端至收缩过渡扭面段23与梯形窄段24交界处所对应的槽底1横向宽度逐渐减小，即，槽底1横向宽度从水流入口开始减小，至收缩过渡扭面段23与梯形窄段24交界处后不再发生变化，梯形窄段24对应的槽底1横向宽度保持不变。

如图2所示，分水段21头端与所述梯形窄段24头端所在直线与槽底1中线间的夹角α为30～60°。作为优选，分水段21头端与所述梯形窄段24头端所在直线与槽底1中线间的夹角α为45°。这种结构设计扩大了水流入口区域，增加了排淤量水槽的进水量，且利于在作为收缩段的梯形窄段24形成临界流。

第一梯形剖面堰4和第二梯形剖面堰5均设置于收缩过渡扭面段23与梯形窄段24处，具体的，顺水流方向，第一梯形剖面堰4和第二梯形剖面堰5起于收缩过渡扭面段的头端，止于梯形窄段24末端，第一梯形剖面堰4和第二梯形剖面堰5均包括迎水面、背水面和堰顶，堰顶上还设置有景观廊道。

作为本实施例的一种优选方案，第一梯形剖面堰4旁设置有第一升降立柱7，第二梯形剖面堰5旁设置有第二升降立柱8，第一升降立柱7与第二升降立柱8上方架设有横梁9，横梁9上设置有多个用于连接监测组件的伸缩杆10。

通过调节第一升降立柱7和第二升降立柱8的高度，可以实现对设置在横梁9上的监测组件的整体高度的调整。由于伸缩杆10可以上下升缩，所以可以单独调整连接在伸缩杆10上的浊度传感器63、温度传感器64及pH传感器65与槽底的距离，进而实现对不同水深处的径流的浊度、温度及pH值的检测。

作为本实施例的一种优选方案，山区河流径流泥沙自动监测系统还包括供电组件11，供电组件11包括连接设置的太阳能光伏板111、电压调节器112和蓄电池113，蓄电池113分别与温度传感器61、超声波传感器62、浊度传感器63、光照监测仪64、pH传感器65和GPS传感器66电连接，用于为上述监测组件6提供稳定的工作电压。

作为本实施例的一种优选方案，太阳能光伏板111设置在横梁9上，电压调节器112设置在第二升降立柱8上，蓄电池113设置在第二升降立柱8底部；也可以根据现场需要调整太阳能光伏板111、电压调节器112和蓄电池113的位置。

本实用新型在使用时，由于在槽底两端设置了结构相同且呈镜像相对的第一导流墙和第二导流墙，且第一导流墙包括由上游至下游依次接设置的分水段、连接段、收缩过渡扭面段和梯形窄段，所以在排淤量水槽进水口的上游段的水流流速较慢、水面平稳、波动较小；水流进入排淤量水槽时，经迎水面为曲面状的分水段21平稳过渡，经过连接段22时，水面轻微下降；经过收缩过渡扭面段23时，水流开始发生交叉，在排淤量水槽的中线处汇聚，流速逐渐增大，然后进入梯形窄段，水流由缓流状态变至急流状态，并产生临界流；当水流流出排淤量水槽时，受出口突扩的影响，水流流态呈现放射状，并在下游出现两侧水面深，中间水面浅的薄层水区域。

通过设置在槽底1正上方的温度传感器61、超声波传感器62、浊度传感器63、光照监测仪64、pH传感器65和GPS传感器66，可以对水流流经排淤量水槽的相关数据进行采集，能够实时、连续采集河流流量、泥沙含量、温度等监测数据，从而能够加强山区河流的流量及泥沙含量的自动化监测水平，有利于合理开发利用河流水资源、提高河流减灾防灾能力、维护山区河流生态健康发展。

上述实施过程仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种山区河流径流泥沙自动监测系统，包括排淤量水槽，所述排淤量水槽包括槽底(1)，其特征在于，还包括结构相同且呈镜像相对设置于槽底(1)两侧的第一导流墙(2)和第二导流墙(3)，所述第一导流墙(2)的外侧设置有第一梯形剖面堰(4)，所述第二导流墙(3)的外侧设置有第二梯形剖面堰(5)，所述第一梯形剖面堰(4)与第二梯形剖面堰(5)对称设置；

所述第一导流墙(2)包括由上游至下游依次接设置的分水段(21)、连接段(22)、收缩过渡扭面段(23)和梯形窄段(24)；

所述槽底(1)上方还设置有对流经排淤量水槽的径流进行监测的监测组件(6)，所述监测组件(6)包括温度传感器(61)、超声波传感器(62)、浊度传感器(63)、光照监测仪(64)、pH传感器(65)和GPS传感器(66)。

2.如权利要求1所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，所述分水段(21)的高度从零开始由远离连接段(22)向靠近连接段(22)逐渐增大至与连接段(22)高度相同。

3.如权利要求1所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，自所述分水段(21)头端至收缩过渡扭面段(23)与梯形窄段(24)交界处所对应的槽底(1)横向宽度逐渐减小。

4.如权利要求1所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，所述分水段(21)头端与所述梯形窄段(24)头端所在直线与槽底(1)中线间的夹角为30～60°。

5.如权利要求1所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，所述分水段(21)头端与所述梯形窄段(24)头端所在直线与槽底(1)中线间的夹角为45°。

6.如权利要求1所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，所述第一梯形剖面堰(4)和第二梯形剖面堰(5)均设置于收缩过渡扭面段(23)与梯形窄段(24)处。

7.如权利要求1所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，所述第一梯形剖面堰(4)旁设置有第一升降立柱(7)，所述第二梯形剖面堰(5)旁设置有第二升降立柱(8)，所述第一升降立柱(7)与第二升降立柱(8)上方架设有横梁(9)，所述横梁(9)上设置有多个用于连接所述监测组件的伸缩杆(10)。

8.如权利要求1所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，还包括供电组件(11)，所述供电组件(11)包括连接设置的太阳能光伏板(111)、电压调节器(112)和蓄电池(113)，所述蓄电池(113)分别与温度传感器(61)、超声波传感器(62)、浊度传感器(63)、光照监测仪(64)、pH传感器(65)和GPS传感器(66)电连接。

9.如权利要求8所述的山区河流径流泥沙自动监测系统，其特征在于，所述太阳能光伏板(111)设置在横梁(9)上，所述电压调节器(112)设置在第二升降立柱(8)上，所述蓄电池(113)设置在第二升降立柱(8)底部。