一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法技术

一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，所述设计方法通过建立对试验用水槽、集沙坑及输沙率测量机构的定量优化完成，通过对三者的定量优化形成对推移质非恒定输沙测量的协同服务。本发明专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，通过维度与梯度上纵横式的综合考量，精准非恒定输沙率的测量，为后续研究提供了较为准确的试验数据。数据。数据。

【技术实现步骤摘要】
一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法


[0001]本专利技术属于模拟河流或水域近底水沙动力的水槽实验领域，具体涉及一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法。

技术介绍

[0002]水流挟带泥沙的强度可用输沙率来表示，输沙率指单位时间通过特定断面的输沙量，根据泥沙的两种运动方式，也可分为悬移质输沙率和推移质输沙率。
[0003]推移质输沙率是指在特定的水流条件及床沙条件下推移质颗粒的输移数量，并且是分析床面组成、床面变形及河床冲淤的重要参数。目前泥沙运动力学中的推移质运动机理研究基本是在水槽中开展，其过程主要包括：首先根据所研究的泥沙颗粒特征，铺设床沙，然后施放水流，研究不同水流强度条件下的泥沙颗粒运动特征，建立水流条件和推移质输沙率的关系。由于推移质运动主要集中在近底床面，很难与不参与运动的床面颗粒区分开来，因此推移质输沙率测量一直是水槽模型试验中的难点之一。
[0004]而如何准确地测量输沙率，这不仅仅指向输沙率公式的构筑，还指向相应辅助设备的优化。目前，普遍采用摄像技术，通过摄像成像，经图像数据处理后估算推移质输沙率大小；但是基于摄像的方法只能针对水体较清澈，泥沙颗粒较大的研究条件，而在面对小颗粒，水体浑浊时无能为力；除却此种方法，还有声学法以及示踪法等，声学法中的间接记录法，其原理是将金属制成板或管作为谐振器布设在河床上或河床附近，当输运物质运动时会撞击到板或管，发出的声音用水听器或其他录音器记录；而声学法中的自发噪声记录法只是不需要安装谐振器，直接用水听器或其他声学设备监测水域中的输运物质声音的方法；故而声学法更适用于颗粒性较大且硬度较大的物质；而示踪法同样存在不能对粒径低于1cm的粒子进行采样且采样时间有限、不方便操作的问题，且其成本较高。而传统推移质输沙率称重测量方式，测量机构深度大且位于水槽尾部，在测量恒定输沙条件下的推移质输沙率是适用的，但对于非恒定过程，由于需要及时测量泥沙输沙量变化，集沙装置水深过深不利于测量系统的及时反馈。因此，如何搭建适用于非恒定流下小粒径泥沙输沙率的捕捉与测量就成为厄待解决的问题。
[0005]申请号为：CN201811133449.X的专利技术申请，公开了“一种自适应推移质取样装置以及输沙率测量方法”，通过相互平行的第一支撑板和第二支撑板、相互平行的第一连接板和第二连接板构成平行四边形结构的自适应支撑架，同时通过第一连接板、第二连接板与第一支撑板、第二支撑板之间的转动连接，将现有取样器中大小固定的方形门口转变为其开口大小可以任意调节，从而适应由于床面变形而出现的不同横比降河床；同时，通过在第一支撑板上设置贯穿第二连接板的角度测量板，可以准确计算出取样进口宽度，十分方便、简单。
[0006]申请号为：CN201210429773.2的专利技术申请，公开了“一种河工模型试验推移质输沙率测量系统”，设置于河工模型上，河工模型的河床子模型上设有由河床子模型上表面竖直向下深入的沉沙坑；沉沙坑上沿河床子模型的横断面设有至少一个集沙漏斗，并且每个集
沙漏斗均是大开口端向上、小开口端向下；载沙篮)通过吊绳穿过集沙漏斗，并且悬挂于在重量测量机构上；重量测量机构通过测量空载沙篮的水下重量，以及不同时刻载沙篮和篮内泥沙整体的水下重量，进而得出该河工模型试验的推移质输沙率。
[0007]申请号为：CN 201410370079.7的专利技术申请，公开了“一种推移质输沙率和颗粒级配的实时测量装置及方法”，所述装置包括：推移质水槽、集沙漏斗、斜面挡板和摄像机；集沙漏斗设置在推移质水槽的床面泥沙的横截断面上，斜面挡板设置在集沙漏斗上，斜面挡板的宽度与推移质水槽的宽度相同，斜面挡板的长度方向设置成由倾斜板段、垂直板段和底部平板段组成的结构，摄像机设置在推移质水槽的侧面。

技术实现思路

[0008]为解决以上问题，本专利技术提供了一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其技术方案具体如下：
[0009]一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0010]所述的试验水槽设计及实验方法，通过建立对实验过程中的实验水槽及实验条件两个因素的定量优化完成，据此建立对推移质非恒定输沙测量的协同服务。
[0011]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0012]所述的对实验条件的定量优化，包括有：对试验过程中的实现水流加速或减速过程中水槽试验水深不变的控制。
[0013]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0014]所述的对实验水槽的定量优化，包括有：对集沙坑的定量优化；
[0015]所述的对集沙坑的定量优化，通过建立对集沙坑尺寸的优化实现。
[0016]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0017]所述的对实验水槽的定量优化，包括有对输沙率测量机构的定量优化；
[0018]所述的对输沙率测量机构的定量优化，通过对测量机构的结构优化及构成测量机构的零部件的定量优化实现。
[0019]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0020]于水槽的进口设有变频流量泵，于水槽的尾部设有开度可调的尾门，
[0021]通过试验确定尾门开度与控制流量变频泵的适配控制关系，建立试验过程中的水槽水深不变的控制方法。
[0022]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0023]所述的通过试验确定尾门开度与控制流量变频泵的适配控制关系，具体为：
[0024]建立水槽内水流流速与上游水槽进口流量的线性拟合分析、形成拟合方程，
[0025]建立水槽内水流流速与尾门开度的线性拟合分析、形成拟合方程，
[0026]根据以上两个拟合方程确定水槽进口流量与尾门开度的对应关系，据此建立相应
的控制调节。
[0027]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0028]基于进口流速及坑内动力两因素完成集沙坑的尺寸设置，以满足泥沙的及时落淤。
[0029]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0030]所述的基于进口流速及坑内动力两因素完成集沙坑的尺寸设置，具体为：
[0031]基于水槽设定的边界条件及初始条件，数值求解表述三维水体流动的NS方程，配合VOF数值处理方法，模拟计算集沙坑内动力云图以及泥沙进坑水域流速沿程分布曲线图，确定易于泥沙及时落淤的集沙坑尺寸。
[0032]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：
[0033]所述的初始条件包括有：水槽试验水深不变；模拟流速参考推移质水槽模拟的最大流速。
[0034]根据本专利技术的一种推移质非恒定输沙率测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：所述的试验水槽设计及实验方法，通过建立对实验过程中的实验水槽及实验条件两个因素的定量优化完成，据此建立对推移质非恒定输沙测量的协同服务。2.根据权利要求1所述的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：所述的对实验条件的定量优化，包括有：对试验过程中的实现水流加速或减速过程中水槽试验水深不变的控制。3.根据权利要求1所述的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：所述的对实验水槽的定量优化，包括有：对集沙坑的定量优化；所述的对集沙坑的定量优化，通过建立对集沙坑尺寸的优化实现。4.根据权利要求1所述的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：所述的对实验水槽的定量优化，包括有对输沙率测量机构的定量优化；所述的对输沙率测量机构的定量优化，通过对测量机构的结构优化及构成测量机构的零部件的定量优化实现。5.根据权利要求2所述的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：于水槽的进口设有变频流量泵，于水槽的尾部设有开度可调的尾门，通过试验确定尾门开度与控制流量变频泵的适配控制关系，建立试验过程中的水槽水深不变的控制方法。6.根据权利要求5所述的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：所述的通过试验确定尾门开度与控制流量变频泵的适配控制关系，具体为：建立水槽内水流流速与上游水槽进口流量的线性拟合分析、形成拟合方程，建立水槽内水流流速与尾门开度的线性拟合分析、形成拟合方程，根据以上两个拟合方程确定水槽进口流量与尾门开度的对应关系，据此建立相应的控制调节。7.根据权利要求3所述的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：基于进口流速及坑内动力两因素完成集沙坑的尺寸设置，以满足泥沙的及时落淤。8.根据权利要求7所述的一种推移质非恒定输沙率测量的试验水槽设计及实验方法，其特征在于：所述的基于进口流速及坑内动力两因素完成集沙坑的尺寸设置，具体为：基于水槽设定的边界条件及初始条件，数值求解表述三维水体流动的NS方程，配合VOF数值处理方法，模拟计算集沙坑内动力云图以及泥沙进坑...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈淇，黄硕，吴华林，戚定满，陆佳，顾峰峰，万远扬，王巍，孔令双，范明源，
申请(专利权)人：上海河口海岸科学研究中心，
类型：发明
国别省市：