一种河流含沙量实时在线测量装置及测量方法

1.本发明涉及河流含沙量测量技术领域，具体涉及一种河流含沙量实时在线测量装置。


背景技术：

2.含沙量通常指单位体积的浑水中所含的干沙质量，是重要的水文参数之一。目前水文上测量河流含沙量的一般方法为：先采集一定体积的浑水静置沉淀，然后取出所沉淀的泥沙并将其烘干，接着称出干沙质量，最后用干沙的质量除以浑水的体积即得含沙量。该方法存在许多缺陷，例如:
3.1、不能长时间连续测量河流含沙量的变化；
4.2、不能实时测量河流含沙量的变化；
5.3、从样品的采集到分析，测量耗时长，过程繁琐，人力物力消耗大。


技术实现要素：

6.本发明针对现有技术的不足之处，本发明提供一种河流含沙量实时在线测量装置及测量方法，该装置包括含沙水流的抽取装置和测量装置，能够实现长时间连通测量。
7.本发明的目的是以下述方式实现的：
8.一种河流含沙量实时在线测量装置，包括底架和水泵，水泵连接河流进水管道，还包括u型管道，u型管道的进水管和出水管在平一水平面上，且u型管道的进水管和出水管通过轴承安装在底架上，u型管道对应的底架上设置有压力传感器，u型管道的进水管通过第一柔性管道与水泵连通，u型管道的出水管通过第二柔性管道与河流出水管连通，第二柔性管道的水平高度低于u型管道的水平高度。
9.上述河流含沙量实时在线测量装置，所述第一柔性管道和第二柔性管道均通过卡箍固定在底架上。
10.上述河流含沙量实时在线测量装置，所述底架上设置有水平尺。
11.上述河流含沙量实时在线测量装置，所述底架为台阶式底架，即包括底板和安装在底板上的台阶，u型管道和压力传感器均安装在台阶上，第一柔性管道安装在台阶上，第二柔性管道前半部分安装在台阶和底板之间，形成斜管道，第二柔性管道的后半部分安装在底板上。
12.一种河流含沙量实时在线测量方法，包括以下步骤：
13.a.将上述任一项所述的河流含沙量实时在线测量装置安装在待测河流的河岸上，保持底架水平；
14.b.将压力传感器归零；
15.c.将河流进水管道放入清水中，使河流进水管的进水口伸入到清水中，同时将河流出水管道也放入河流中；
16.d.打开水泵向u型管道内进水，待系统运行平稳之后记下压力传感器示数fw，则u
形管中参与测量的清水质量可通过以下公式计算：
[0017][0018]
式中：
[0019]mw
为u形管中参与测量的清水质量，kg；fw为测量清水时压力传感器测量到的压力，n；g为重力加速度，m/s2。
[0020]
参与测量的清水的体积可通过式(2)计算：
[0021][0022]
式中：
[0023]
v表示参与测量水体的体积，m3；mw表示体积为v的清水的质量，kg；ρw为清水密度，kg/m3；
[0024]
e.再将河流进水管放入河流中，打开水泵向装置中泵入河流的浑水，则水中含沙量越高，浑水的密度越大，压力传感器示数越大；待系统运行平稳之后开始采集压力传感器示数f
ws
，即得到体积为v的浑水对传感器产生的压力；此时在体积为v的浑水中满足式(3)：
[0025][0026]
对式(3)变换得到式(4)：
[0027][0028]
式中：
[0029]
v为含沙水体的体积，m3；s为含沙量，kg/m3；ρ
ws
为含沙水体密度，kg/m3；ρs为泥沙干密度，kg/m3；ρw为清水密度，kg/m3；m
ws
为体积为v的含沙水体的质量，kg；mw为体积为v的清水的质量，kg；
[0030]
对于式(4)中的mw可由式(1)得到；v可通过式(2)求出；ρs和ρw均为常数，因此，每采集到一个f
ws
都可通过式(4)计算出一个对应的含沙量s。
[0031]
相对于现有技术，本发明有以下技术效果：
[0032]
1、实现长时间连续测量河流含沙量的变化；
[0033]
2、能够实时测量河流含沙量的变化；
[0034]
3、从样品的采集到分析，测量耗时短，操作简单，大幅节省工人物力。
[0035]
4、测量装置结构简单、稳定性、可靠性高。
附图说明
[0036]
图1为发明型的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0038]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0039]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0040]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
以下结合附图1具体详细地说明本发明的结构及工作过程。
[0042]
一种河流含沙量实时在线测量装置，包括底架2和水泵10，水泵10连接河流进水管道11，还包括u型管道6，u型管道的进水管7和出水管3在平一水平面上，且u型管道的进水管和出水管通过轴承8安装在底架上，u型管道对应的底架上设置有压力传感器16，u型管道的进水管通过第一柔性管道9与水泵10连通，u型管道的出水管3通过第二柔性管道14与河流出水管12连通，第二柔性管道的水平高度低于u型管道的水平高度。
[0043]
本发明所述的河流含沙量实时在线测量装置，第一柔性管道和第二柔性管道均通过卡箍13固定在底架上。
[0044]
本发明所述的河流含沙量实时在线测量装置，底架上设置有水平尺5，方便测量时检查底架是否放平。
[0045]
本发明所述的河流含沙量实时在线测量装置，底架为台阶式底架，即包括底板15和安装在底板上的台阶4，u型管道6和压力传感器16均安装在台阶上，第一柔性管道安装在台阶上，第二柔性管道前半部分安装在台阶和底板之间，形成斜管道1，第二柔性管道的后半部分安装在底板上，这样在测量时浑水在水泵的带动下进入到u型管道，u型管道内的浑水在水位高于第二柔性管道的水位，u型管道内的浑水自然流向第二柔性管道，最后注入到河流中。
[0046]
一种河流含沙量实时在线测量方法，包括以下步骤：
[0047]
a.将所述的河流含沙量实时在线测量装置安装在待测河流的河岸上，保持底架水平；
[0048]
b.将压力传感器归零；
[0049]
c.将河流进水管道放入清水中，使河流进水管的进水口伸入到清水中，同时将河流出水管道也放入河流中；
[0050]
d.打开水泵向u型管道内进水，待系统运行平稳之后记下压力传感器示数fw，则u形管中参与测量的清水质量可通过以下公式计算：
[0051][0052]
式中：
[0053]mw
为u形管中参与测量的清水质量，kg；fw为测量清水时压力传感器测量到的压力，n；g为重力加速度，m/s2。
[0054]
参与测量的清水的体积可通过式2计算：
[0055][0056]
式中：
[0057]
v表示参与测量水体的体积，m3；mw表示体积为v的清水的质量，kg；ρw为清水密度，kg/m3；
[0058]
e.再将河流进水管放入河流中，打开水泵向装置中泵入河流的浑水，则水中含沙量越高，浑水的密度越大，压力传感器示数越大；待系统运行平稳之后开始采集压力传感器示数f
ws
，即得到体积为v的浑水对传感器产生的压力；此时在体积为v的浑水中满足式(3)：
[0059][0060]
对式(3)变换得到式(4)：
[0061][0062]
式中：
[0063]
v为含沙水体的体积，m3；s为含沙量，kg/m3；ρ
ws
为含沙水体密度，kg/m3；ρs为泥沙干密度，kg/m3；ρw为清水密度，kg/m3；m
ws
为体积为v的含沙水体的质量，kg；mw为体积为v的清水的质量，kg；
[0064]
对于式(4)中的mw可由式(1)得到；v可通过式(2)求出；ρs和ρw均为常数，因此，每采集到一个f
ws
都可通过式(4)计算出一个对应的含沙量s。
[0065]
本发明相对于现有技术，本发明有以下技术效果：
[0066]
1、实现长时间连续测量河流含沙量的变化；
[0067]
2、能够实时测量河流含沙量的变化；
[0068]
3、从样品的采集到分析，测量耗时短，操作简单，大幅节省工人物力。
[0069]
4、测量装置结构简单、稳定性、可靠性高。
[0070]
显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0071]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式，基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种河流含沙量实时在线测量装置，包括底架(2)和水泵(10)，水泵(10)连接河流进水管道(11)，其特征在于：还包括u型管道(6)，u型管道的进水管(7)和出水管(3)在平一水平面上，且u型管道的进水管和出水管通过轴承(8)安装在底架上，u型管道对应的底架上设置有压力传感器(16)，u型管道的进水管通过第一柔性管道(9)与水泵(10)连通，u型管道的出水管(3)通过第二柔性管道(14)与河流出水管(12)连通，第二柔性管道的水平高度低于u型管道的水平高度。2.根据权利要求1所述的河流含沙量实时在线测量装置，其特征在于：所述第一柔性管道和第二柔性管道均通过卡箍(13)固定在底架上。3.根据权利要求1所述的河流含沙量实时在线测量装置，其特征在于：所述底架上设置有水平尺(5)。4.根据权利要求1所述的河流含沙量实时在线测量装置，其特征在于：所述底架为台阶式底架，即包括底板(15)和安装在底板上的台阶(4)，u型管道(6)和压力传感器(16)均安装在台阶上，第一柔性管道安装在台阶上，第二柔性管道前半部分安装在台阶和底板之间，形成斜管道(1)，第二柔性管道的后半部分安装在底板上。5.一种河流含沙量实时在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a.将权利要求1-4中任一项所述的河流含沙量实时在线测量装置安装在待测河流的河岸上，保持底架水平；b.将压力传感器归零；c.将河流进水管道放入清水中，使河流进水管的进水口伸入到清水中，同时将河流出水管道也放入河流中；d.打开水泵向u型管道内进水，待系统运行平稳之后记下压力传感器示数f
w
，则u形管中参与测量的清水质量可通过以下公式计算：式中：m
w
为u形管中参与测量的清水质量，kg；f
w
为测量清水时压力传感器测量到的压力，n；g为重力加速度，m/s2。参与测量的清水的体积可通过式(2)计算：式中：v表示参与测量水体的体积，m3；m
w
表示体积为v的清水的质量，kg；ρ
w
为清水密度，kg/m3；e.再将河流进水管放入河流中，打开水泵向装置中泵入河流的浑水，则水中含沙量越高，浑水的密度越大，压力传感器示数越大；待系统运行平稳之后开始采集压力传感器示数f
ws
，即得到体积为v的浑水对传感器产生的压力；此时在体积为v的浑水中满足式(3)：对式(3)变换得到式(4)：
式中：v为含沙水体的体积，m3；s为含沙量，kg/m3；ρ
ws
为含沙水体密度，kg/m3；ρ
s
为泥沙干密度，kg/m3；ρ
w
为清水密度，kg/m3；m
ws
为体积为v的含沙水体的质量，kg；m
w
为体积为v的清水的质量，kg；对于式(4)中的m
w
可由式(1)得到；v可通过式(2)求出；ρ
s
和ρ
w
均为常数，因此，每采集到一个f
ws
都可通过式(4)计算出一个对应的含沙量s。

技术总结
本发明公开一种河流含沙量实时在线测量装置及测量方法，该装置包括底架和水泵，水泵连接河流进水管道，还包括U型管道，U型管道的进水管和出水管在平一水平面上，且U型管道的进水管和出水管通过轴承安装在底架上，U型管道对应的底架上设置有压力传感器，U型管道的进水管通过第一柔性管道与水泵连通，U型管道的出水管通过第二柔性管道与河流出水管连通，第二柔性管道的水平高度低于U型管道的水平高度。本发明具有以下优点：实现长时间连续测量河流含沙量的变化；能够实时测量河流含沙量的变化；从样品的采集到分析，测量耗时短，操作简单，大幅节省工人物力。测量装置结构简单、稳定性、可靠性高。可靠性高。可靠性高。


技术研发人员：张晓雷 毕峥峥 孙晓明 杨晨 李彬 徐志恒 郭晓一 娄海东 周明法
受保护的技术使用者：华北水利水电大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/9/12