本发明专利技术公开了一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，包括投入式超声波流速仪，沉底过河缆道布置在河道断面的河床上，各个投入式超声波流速仪沿沉底过河缆道分布，投入式超声波流速仪包括壳体以及设置在壳体上的气室、超声波探头和水位传感模块，各个投入式超声波流速仪的超声波探头、水位传感模块和通信线缆上的陀螺仪均通过通信线缆与沉底过河缆道连接。本发明专利技术还公开了一种实时在线测量河道断面面积与流量的方法，本发明专利技术实现流量在线测量，减去人工操作。实时获取流体中的速度，避免表面波干扰，不受天气等环境限制。悬浮式安装不会淤积，不受水草干扰。不受水草干扰。不受水草干扰。
【技术实现步骤摘要】
一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置及方法
[0001]本专利技术属于水文监测设备的
，具体一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，还涉及一种实时在线测量河道断面面积与流量的方法。
技术介绍
[0002]河道流量数据具有极为重要的作用，涉及防洪安全、水文水利计算、水资源评价等各个方面，因此河流流量测量是水文工作的重要内容。河道断面上的各点的流速是不相同的，具体流速分布情况被水利专家们称为流速场。河道流量测量的经典技术也被称为流速-面积法就是测验出河道断面各点流速分布情况，进而将流速等直线图绘制出来，然后通过计算两相邻等速先的均值乘以它们所夹面积并进行累加。该方法每年需要耗费大量的人力物力去完成测验任务。为了减轻流量测验工作量，长期以来，水文工作者都在寻找减少流量测验次数的方法。现代化的河道测流测验方法常用的有两种一种是超声波时差法、另一种利用声学多普勒剖面流速仪来测验，前者能够实现流量在线测量，缺点是不能获得河道断面面积河床面积变化后测量数据有较大误差以及设备固定安装容易被水草和垃圾遮盖导致设备失效，安装和维护困难，第二种方法可以测量河道断面面积和水层流速但是无法实现流量在线测量，每次测量必须多人配合并需要过河设备辅助例如船只、缆道等，流速或风浪较大时会危及测量人员生命安全。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，还提供一种实时在线测量河道断面面积与流量的方法。
[0004]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0005]一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，包括投入式超声波流速仪，沉底过河缆道布置在河道断面的河床上，各个投入式超声波流速仪沿沉底过河缆道分布，投入式超声波流速仪包括壳体以及设置在壳体上的气室、超声波探头和水位传感模块，投入式超声波流速仪与通信线缆一一对应，陀螺仪设置在通信线缆上，各个投入式超声波流速仪的超声波探头、水位传感模块以及通信线缆上的陀螺仪均通过通信线缆与沉底过河缆道电性连接。
[0006]如上所述的沉底过河缆道包括线缆包覆层、铁链和过河线缆，铁链和过河线缆均设置在线缆包覆层内，超声波探头、水位传感模块和陀螺仪均通过通信线缆与过河线缆电性连接。
[0007]一种实时在线测量河道断面面积与流量的方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、投入式超声波流速仪通过通信线缆和沉底过河缆道连接的连接点为缆道节点，沉底过河缆道由缆道节点分为多段，每段为一条测线，共分为m条测线，缆道节点为n个，m＝n+1；
[0009]步骤2、根据通信线缆的长度和陀螺仪测量的通信线缆的水平夹角θ，计算投入式
超声波流速仪距离河底的高度h1；
[0010]步骤3、根据水位传感模块测量投入式超声波流速仪距离水平面的距离h2；
[0011]步骤4、计算投入式超声波流速仪所对应的缆道节点处的河床到水面的距离H＝h1+h2；
[0012]步骤5、根据每段测线的长度和缆道节点处的河床到水面的距离，计算每段测线上方的河流断面面积；
[0013]步骤6、根据超声波探头计算各个测线上方的河流断面的平均流速；
[0014]步骤7、根据测线上方的河流端面的平均流速和测线上方的河流断面面积，计算测线对应的河道流量。
[0015]如上所述的步骤6包括以下步骤：
[0016]步骤6.1、投入式超声波流速仪所处的水体悬浮位置的平均流速V为：
[0017]V＝v/a+bln(h1/H)
[0018]其中，v为投入式超声波流速仪所处的水体悬浮位置的测量流速；a和b均为垂向流速分布系数；h1为投入式超声波流速仪距离河底的高度；H为投入式超声波流速仪所对应的缆道节点处的河床到水面的距离；
[0019]步骤6.2、首段测线上方的河流端面的平均流速为首段测线端部的投入式超声波流速仪所处的水体悬浮位置的平均流速；
[0020]尾段测线上方的河流端面的平均流速为尾段测线端部的投入式超声波流速仪1所处的水体悬浮位置的平均流速；
[0021]中间测线上方的河流端面的平均流速为中间测线两端的投入式超声波流速仪1所处的水体悬浮位置的平均流速的平均值。
[0022]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
[0023]1、实现流量在线测量，减去人工操作。
[0024]2、接触式测量，实时获取流体中的速度，避免表面波干扰，不受天气等环境限制。
[0025]3、悬浮式安装不会淤积，不受水草干扰。
[0026]4、无机械结构，不会磨损，不需定期校准。
[0027]5、成本低廉，维护方便。
附图说明
[0028]图1为河道断面布设图；
[0029]图2为投入式超声波流速仪布设图；
[0030]图中：1-投入式超声波流速仪；101-气室；102-超声波探头；103-水位传感模块；104-壳体；2-沉底过河缆道；201-铁链；202-过河线缆；203-线缆包覆层；3-陀螺仪；4-通信线缆。
具体实施方式
[0031]为了便于本领域普通技术人员理解和实施本专利技术，下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0032]一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，包括投入式超声波流速仪1，沉底过河缆道2布置在河道断面的河床上，各个投入式超声波流速仪1沿沉底过河缆道2分布，投入式超声波流速仪1包括壳体104以及设置在壳体104上的气室101、超声波探头102和水位传感模块103，投入式超声波流速仪1与通信线缆4一一对应，陀螺仪3设置在通信线缆4上，各个投入式超声波流速仪1的超声波探头102、水位传感模块103以及通信线缆4上的陀螺仪3均通过通信线缆4与沉底过河缆道2电性连接。
[0033]沉底过河缆道2包括线缆包覆层203、铁链201和过河线缆202，铁链201和过河线缆202均设置在线缆包覆层203内，超声波探头102、水位传感模块103和陀螺仪3均通过通信线缆4与过河线缆202电性连接。
[0034]如图1-2所示，一种实时在线测量河道断面面积与流量的方法，包括以下步骤：
[0035]步骤1、沉底过河缆道2布置在河道断面的河床上，各个投入式超声波流速仪1沿沉底过河缆道2分布且分别通过通信线缆4与沉底过河缆道2连接，以投入式超声波流速仪1对应的通信线缆4和沉底过河缆道2的连接点为缆道节点，缆道节点与投入式超声波流速仪1一一对应，沉底过河缆道2由缆道节点分为多段，每段为一条测线，共分为m条测线，投入式超声波流速仪1为n个，缆道节点为n个，m＝n+1，优选的各个投入式超声波流速仪1沿沉底过河缆道2等距分布，各个测线长度相等，沉底过河缆道2包含铁链201和过河线缆202，具有足够的重量与柔韧性，可以良好的贴合河底。投入式超声波流速仪1的型号选用NF-LSX系列。投入式超声波流速本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，包括投入式超声波流速仪(1)，其特征在于，沉底过河缆道(2)布置在河道断面的河床上，各个投入式超声波流速仪(1)沿沉底过河缆道(2)分布，投入式超声波流速仪(1)包括壳体(104)以及设置在壳体(104)上的气室(101)、超声波探头(102)和水位传感模块(103)，投入式超声波流速仪(1)与通信线缆(4)一一对应，陀螺仪(3)设置在通信线缆(4)上，各个投入式超声波流速仪(1)的超声波探头(102)、水位传感模块(103)以及通信线缆(4)上的陀螺仪(3)均通过通信线缆(4)与沉底过河缆道(2)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，其特征在于，所述的沉底过河缆道(2)包括线缆包覆层(203)、铁链(201)和过河线缆(202)，铁链(201)和过河线缆(202)均设置在线缆包覆层(203)内，超声波探头(102)、水位传感模块(103)和陀螺仪(3)均通过通信线缆(4)与过河线缆(202)电性连接。3.一种实时在线测量河道断面面积与流量的方法，利用权利要求1所述的一种实时在线测量河道断面面积与流量的装置，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、投入式超声波流速仪(1)通过通信线缆(4)和沉底过河缆道(2)连接的连接点为缆道节点，沉底过河缆道(2)由缆道节点分为多段，每段为一条测线，共分为m条测线，缆道节点为n个，m＝n+1；步骤2、根据通信线缆(4)的长度...
【专利技术属性】
技术研发人员：武治国，陈银，潘凌，徐凯，张振杨，刘伟刚，周久，
申请(专利权)人：武汉新烽光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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