一種槽式地面徑流量量測設備及其使用方法與流程
2023-06-04 10:52:51 2
本發明涉及一種量測地面徑流量的水文設備，具體的說是一種槽式地面徑流量量測設備。
背景技術：
目前，通常把量測地面小徑流量的設備做成可攜式外，量測地面大徑流量的設備都做成固定不能移動的，這對隨地形、地貌變化需時常行動裝置量測地面大徑流不適用。
技術實現要素：
針對上述現有量測地面徑流量儀器設備的不足，本發明提出一種槽式地面徑流量量測設備，該設備不但能量測出複雜地貌、不同流量、泥沙含量大、漂浮物多的地面徑流量，而且能搬移和重複使用。
本發明解決技術問題採用如下技術方案：在量測徑流量地面的低處有一道截水板，該截水板由若干塊插板插接而成。在該截水板兩端的地面上各開挖有1條截水溝，在該兩條截水溝與所述截水板上遊側之間的地面上鋪有防滲膜，在該防滲膜的上遊邊緣圍有攔汙柵，該防滲膜的最低處位於所述截水板的中部。在所述截水板的中部有開口，該截水板的開口與測試槽上遊端的八字口連接，在該測試槽的下遊端依次連接有陡槽、排水溝。所述的測試槽為順直、等坡、矩形橫斷面的水槽，該測試槽的槽底板的下遊端比上遊端低，該槽底板上遊端的頂面與所述防滲膜平齊連接。在所述槽底板的上遊部位中心線處有發球口，以及中部中心線處有測試孔，在所述測試槽下遊部位的左側槽壁和右側槽壁頂面上架設有支架。在所述發球口的下方安裝有水下發球器，該水下發球器與所述的發球口之間有止水圈，該水下發球器的電纜從槽底板底面和左側槽壁外側面上的電纜管引出。在所述測試孔的孔口上有濾網，該測試孔與安裝於槽底板底面和左側槽壁外側面上的測試管的一端連通，該測試管的另一端與安裝於左側槽壁頂面的水深傳感器連通。在所述支架的底面安裝有的攝像機，在該支架下方的左側槽壁、槽底板、右側槽壁上均畫有標線，所述的攝像機的鏡頭朝下對準該標線。下雨時產生的地面徑流水，經攔汙柵、防滲膜被截水板攔截後，依次從測試槽、陡槽、排水溝流出。屆時,測試槽內的水流入測試管，由所述的水深傳感器測試出測試槽內的水深。還有由水下發球器發出測試球並計時，該測試球在測試槽內漂流而下，由攝像機拍攝到測試球到達標線時再計時，經換算得出測試槽內水流的流速。
所述水下發球器的蓋板為矩形板，在該蓋板上有拍門，該拍門朝下遊方向的上方開啟。在所述拍門的下方依次安裝有發球架、儲球筒，在所述發球架的上遊側安裝有電磁推球器，在該發球架內安裝有向上遊傾斜的彈性樹脂筒，該樹脂筒的上端固定於發球架的頂端，該樹脂筒的下端固定於發球架的底端，並與所述儲球筒內的儲球螺旋管連通，在該儲球筒的底端有底蓋。在所述的儲球螺旋管內依次排列有若干只測試球，該些測試球均浮於儲球螺旋管管內的水裡。所述的電磁推球器的推球舌頭能水平伸縮移動，該推球舌頭的中心線距所述蓋板底面2/3測試球直徑的位置。當電磁推球器不推測試球時，推球舌頭回縮在電磁推球器內，拍門關閉，樹脂筒和儲球螺旋管與測試槽內的水連通，在樹脂筒內有1隻測試球，其餘的測試球都在儲球螺旋管裡；當電磁推球器推出測試球時，電磁推球器伸出推球舌頭推動樹脂筒內的測試球，將該測試球頂開拍門並推到測試槽的水裡後，推球舌頭再回縮到電磁推球器內，接著儲球螺旋管內的測試球均上升，最上部的1隻測試球升至樹脂筒內，以及拍門的水壓力的作用下自動關閉。
一種使用權利要求1所述槽式地面徑流量量測設備的安置方法，依次按以下步驟進行，其特徵在於：
（1）按設計要求製作插板、測試槽、陡槽、水下發球器、測試球、水深傳感器、支架、測試管、槽式地面徑流量量測儀等，以及購置攝像機。
（2）在測試槽的槽底板上遊部位的中心線處開出發球口，在該槽底板中部的中心線處鑽出測試孔，在測試槽下遊部位的左側槽壁和右側槽壁頂面上架設有支架。把電纜管安裝於發球口處的槽底板底面和左側槽壁外側面上，把測試管安裝於測試孔處的槽底板底面和左側槽壁外側面上，在支架下方的槽底板、左側槽壁、右側槽壁上畫出標線。
（3）按地貌的特徵選擇出有代表性量測的地面，在該地面的低處開挖出「T」形的溝槽，在該「T」形溝槽水平段兩端的地面上各開挖1條截水溝。
（4）在「T」形溝槽水平段的上遊及兩條截水溝之間的地面上鋪築防滲膜，把該防滲膜的下遊端置於「T」形溝槽的水平段內。
（5）把測試槽放置於「T」形溝槽的豎直段內，在測試槽的兩側壓實回填土。在測試槽的下遊端放置陡槽，把測試槽與陡槽的連接處做止水，在陡槽的下遊開挖出排水溝。
（6）在「T」形溝槽的水平段內，從測試槽八字口起向兩側安插插板至截水溝處，以形成攔水的截水板。在安插插板時，把插板與防滲膜連接。插板安插完畢後，在截水板的兩側壓實回填土。
（7）在左側槽壁頂面的測試管管口上安置水深傳感器，在支架的底面安置攝像機。把水下發球器的電纜與電纜管內的電纜連接後，把水下發球器安裝在測試槽槽底板的發球口上。掀起拍門把測試球逐個經樹脂筒塞入儲球螺旋管內，待儲球螺旋管內塞滿測試球後，向樹脂筒和儲球螺旋管內注滿水，待樹脂筒和儲球螺旋管內的測試球上頂下託排列並浮於水裡後放下拍門。把水深傳感器、攝像機、水下發球器的電纜與槽式地面徑流量量測儀聯接後進行調試。
（8）在防滲膜的上遊邊界安插攔汙柵後，便可進行地面徑流量的量測。
本發明的槽式地面徑流量量測設備基於以下工作原理：根據《水力學》的理論，現測試槽為長而直、矩形斷面及順坡的明渠，在測試槽內無流量流出或流進，測試槽內無跌水等建築物幹擾，短時間內可將徑流水視為是恆定流，即測試槽內的徑流水水流為明渠均勻流。明渠均勻流的流量Q公式：流量Q=流速v×過水斷面A，所以只要測出測試槽內的水深h，就能得到過水斷面A，以及只要再測出徑流水流速v，便可得出徑流流量Q。下雨時地面產生的徑流水，經截水板的擋水水流入測試槽，徑流水從測試槽槽底板的測試孔流入測試管被水深傳感器測出水深h，由徑流水深h乘以測試槽槽底的寬度b，便可得出過水斷面A。位於測試槽槽底板上遊部位的水下發球器把測試球從出球孔中推出開始計時，同時位於測試槽下遊部位的攝像機對準槽底板、左側槽壁、右側槽壁上的標線進行攝像，當測試球漂浮到標線位置時結束計時，從而得出測試球從水下發球器發出球至測試球到達標線所用的時間t，水下發球器至標線的距離C是已知的，所以屆時測試槽內水流的流速v為C/t。由徑流流速v乘以測試槽的過水斷面A，便可得出該時段的徑流流量Q。另外，當水深傳感器剛測得測試槽槽內水深為地面徑流的開始時間，當水深傳感器測不到測試槽槽內水深為地面徑流的結束時間，所以水深傳感器還能傳感始訖產生地面徑流的時間。
與已有技術相比，本發明有益效果體現在：本發明的槽式地面徑流量量測設備，適用於山坡、丘陵、平原等不同複雜地貌、植被繁多、不同流量、泥沙含量大、漂浮物多等地面徑流量的量測，具有精度高、量程大、構造簡單、便攜、重複使用、操作簡便、實時輸出數據等特點，是一種獲取水文資料、預防地質災害等的先進量測設備。
附圖說明
圖1為本發明的俯剖視結構示意圖。
圖2為本發明的側視結構示意圖。
圖3為本發明的發球器正剖視結構示意圖。
圖4為本發明的發球器側剖視結構示意圖。
圖中標號：1地面、2徑流水、3截水溝、4攔汙柵、5防滲膜、6截水板、7插板、8測試槽、9槽底板、10左側槽壁、11右側槽壁、12陡槽、13排水溝、14發球口、15測試孔、16標線、17支架、18測試管、19水深傳感器、20攝像機、21測試球、22水下發球器、23蓋板、24拍門、25發球架、26樹脂筒、27儲球筒、28底蓋、29儲球螺旋管、30電磁推球器、31推球舌頭、32止水圈。
具體實施方式
參見圖1和圖2，本實施例的一種槽式地面徑流量量測設備，具體為：在量測徑流量地面1的低處有一道截水板6，該截水板6由若干塊插板7插接而成。在該截水板6兩端的地面1上各開挖有1條截水溝3，在該兩條截水溝3與所述截水板6上遊側之間的地面1上鋪有防滲膜5，在該防滲膜5的上遊邊緣圍有攔汙柵4，該防滲膜5的最低處位於所述截水板6的中部。在所述截水板6的中部有開口，該截水板6的開口與測試槽8上遊端的八字口連接，在該測試槽8的下遊端依次連接有陡槽12、排水溝13。所述的測試槽8為順直、等坡、矩形橫斷面的水槽，該測試槽8的槽底板9的下遊端比上遊端低，該槽底板9上遊端的頂面與所述防滲膜5平齊連接。在所述槽底板9的上遊部位中心線處有發球口14，以及中部中心線處有測試孔15，在所述測試槽8下遊部位的左側槽壁10和右側槽壁11頂面上架設有支架17。在所述發球口14的下方安裝有水下發球器22，該水下發球器22與所述的發球口14之間有止水圈32，該水下發球器22的電纜從槽底板9底面和左側槽壁10外側面上的電纜管引出。在所述測試孔15的孔口上有濾網，該測試孔15與安裝於槽底板9底面和左側槽壁10外側面上的測試管18的一端連通，該測試管18的另一端與安裝於左側槽壁10頂面的水深傳感器19連通。在所述支架17的底面安裝有的攝像機20，在該支架17下方的左側槽壁10、槽底板9、右側槽壁11上均畫有標線16，所述的攝像機20的鏡頭朝下對準該標線16。下雨時產生的地面徑流水2，經攔汙柵4、防滲膜5被截水板6攔截後，依次從測試槽8、陡槽12、排水溝13流出。屆時,測試槽8內的水流入測試管18，由所述的水深傳感器19測試出測試槽8內的水深。還有由水下發球器22發出測試球21並計時，該測試球21在測試槽8內漂流而下，由攝像機20拍攝到測試球21到達標線16時再計時，經換算得出測試槽8內水流的流速。
參見圖3和圖4，所述水下發球器22的蓋板23為矩形板，在該蓋板23上有拍門24，該拍門24朝下遊方向的上方開啟。在所述拍門24的下方依次安裝有發球架25、儲球筒26，在所述發球架25的上遊側安裝有電磁推球器30，在該發球架25內安裝有向上遊傾斜的彈性樹脂筒26，該樹脂筒26的上端固定於發球架25的頂端，該樹脂筒26的下端固定於發球架25的底端，並與所述儲球筒27內的儲球螺旋管29連通，在該儲球筒27的底端有底蓋28。在所述的儲球螺旋管29內依次排列有若干只測試球21，該些測試球21均浮於儲球螺旋管29管內的水裡。所述的電磁推球器30的推球舌頭31能水平伸縮移動，該推球舌頭31的中心線距所述蓋板23底面2/3測試球21直徑的位置。當電磁推球器30不推測試球21時，推球舌頭31回縮在電磁推球器30內，拍門24關閉，樹脂筒26和儲球螺旋管29與測試槽8內的水連通，在樹脂筒26內有1隻測試球21，其餘的測試球21都在儲球螺旋管29裡；當電磁推球器30推出測試球21時，電磁推球器30伸出推球舌頭31推動樹脂筒26內的測試球21，將該測試球21頂開拍門24並推到測試槽8的水裡後，推球舌頭31再回縮到電磁推球器30內，接著儲球螺旋管29內的測試球21均上升，最上部的1隻測試球21升至樹脂筒26內，以及拍門24的水壓力的作用下自動關閉。
一種使用權利要求1所述槽式地面徑流量量測設備的安置方法，依次按以下步驟進行，其特徵在於：
（1）按設計要求製作插板7、測試槽8、陡槽12、水下發球器22、測試球21、水深傳感器19、支架17、測試管18、槽式地面徑流量量測儀等，以及購置攝像機20。
（2）在測試槽8的槽底板9上遊部位的中心線處開出發球口14，在該槽底板9中部的中心線處鑽出測試孔15，在測試槽8下遊部位的左側槽壁10和右側槽壁11頂面上架設有支架17。把電纜管安裝於發球口14處的槽底板9底面和左側槽壁10外側面上，把測試管18安裝於測試孔15處的槽底板9底面和左側槽壁10外側面上，在支架17下方的槽底板9、左側槽壁10、右側槽壁11上畫出標線16。
（3）按地貌的特徵選擇出有代表性量測的地面1，在該地面1的低處開挖出「T」形的溝槽，在該「T」形溝槽水平段兩端的地面上各開挖1條截水溝3。
（4）在「T」形溝槽水平段的上遊及兩條截水溝3之間的地面1上鋪築防滲膜5，把該防滲膜5的下遊端置於「T」形溝槽的水平段內。
（5）把測試槽8放置於「T」形溝槽的豎直段內，在測試槽8的兩側壓實回填土。在測試槽8的下遊端放置陡槽12，把測試槽8與陡槽12的連接處做止水，在陡槽12的下遊開挖出排水溝13。
（6）在「T」形溝槽的水平段內，從測試槽8八字口起向兩側安插插板7至截水溝3處，以形成攔水的截水板6。在安插插板7時，把插板7與防滲膜5連接。插板7安插完畢後，在截水板6的兩側壓實回填土。
（7）在左側槽壁10頂面的測試管18管口上安置水深傳感器19，在支架17的底面安置攝像機20。把水下發球器22的電纜與電纜管內的電纜連接後，把水下發球器22安裝在測試槽8槽底板9的發球口14上。掀起拍門24把測試球21逐個經樹脂筒26塞入儲球螺旋管29內，待儲球螺旋管29內塞滿測試球21後，向樹脂筒26和儲球螺旋管29內注滿水，待樹脂筒26和儲球螺旋管29內的測試球21上頂下託排列並浮於水裡後放下拍門24。把水深傳感器19、攝像機20、水下發球器22的電纜與槽式地面徑流量量測儀聯接後進行調試。
（8）在防滲膜5的上遊邊界安插攔汙柵4後，便可進行地面徑流量的量測。
地面1是被測徑流量的地面1；徑流水2是下雨時地面徑流的水；截水溝3的作用是限定徑流水2的範圍，將兩側的地面徑流水2引開；攔汙柵4的作用是攔住由徑流水2帶來的樹葉等雜物；防滲膜5的作用是防滲；截水板6的作用是攔水；插板7的作用是隨地形變化構成截水板6；測試槽8的作用是量測徑流水2的流量；槽底板9的作用是防衝、減少邊界阻力，安置發球口14、測試孔15，畫標線16；左側槽壁10的作用是防衝、減少邊界阻力，畫標線16，安裝測試管18、電纜管、支架17；右側槽壁11的作用是防衝、減少邊界阻力，畫標線16，安裝支架17；陡槽12的作用是排出測試槽8內的水；排水溝13的作用是排出陡槽12內的水；發球口14的作用是安裝水下發球器22；測試孔15的作用是引進、出測試槽8內的水；標線16的作用是測試球21漂流位置的參照物；支架17的作用是安裝攝像機20；測試管18的作用是引進、出測試槽8內的的水，給水深傳感器19測試水深；水深傳感器19的作用是測試測試槽8內的水深；攝像機20的作用是拍攝測試球21到達標線16時計時；測試球21的作用是測試測試槽8內水流流速的參照物；水下發球器22的作用是水下推出測試球21並計時；蓋板23的作用是安裝拍門24、發球架25；拍門24的作用是避免雜物進入水下發球器22內；發球架25的作用是安置樹脂筒26，固定儲球筒27；樹脂筒26的作用是彈性變形擠出測試球21； 儲球筒27的作用是安置儲球螺旋管29；底蓋28的作用是安裝儲球螺旋管29，排出儲球螺旋管29內的沉積物；儲球螺旋管29的作用是安置測試球21、每次順暢浮出1隻測試球21及盛水；電磁推球器30的作用是水平推出或回縮推球舌頭31；推球舌頭31的作用是把測試球21推出發球口14；止水圈32的作用是為蓋板23與槽底板9之間止水。