一种水流流速现场测试方法技术

一种水流流速现场测试方法，利用自动跟踪式全站仪能够实时自动跟踪目标棱镜的技术特点，通过设计跟随水流流动的浮子，将目标棱镜固定于浮子顶部，实现目标棱镜与浮子一起随水流流动，目标棱镜的移动速度即水流流速，布置于岸边的全站仪自动跟踪目标棱镜，准确获得目标棱镜每个时刻的位置坐标，根据目标棱镜水平两个方向的位移和时间差计算获得水流水平两个方向的流速。本发明专利技术原理清晰、结构简单、易于实现，能够适应复杂恶劣的水流条件，并可获得精准的水流流速和方向，为水流流速现场测试提供了一种先进可靠的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种水流流速现场测试方法
本专利技术涉及一种方法，具体说是一种水流流速现场测试方法，属于水力学原型观测领域。
技术介绍
水流流速是水利水运工程中十分重要的技术参数，是工程安全运行评估不可或缺的判断指标。例如，通航建筑物的引航道内和口门区，对水流流速规范均有明确要求，还有不同流量条件下主航道水流流速，都是判断船舶航行安全的重要依据。因此，需要经常开展工程现场水流流速测试工作。水流流速测试方法很多，可分为接触式和非接触式两种，接触式方法包括采用各类流速仪，如旋桨流速仪、超声波流速仪、走航式流速仪等，非接触式方法有粒子轨迹示踪法、图像分析法等。然而，由于现场水流条件较为恶劣，一些流速测试方法很难实施或达不到理想的测试精度，复杂水流条件下的流速测量存在很大的难度。如向家坝水电站泄洪条件下，下游水面波动剧烈，最大波高约1.5m，测试河道内部的流速非常困难，首先上述接触式方法均不可行，流速仪无法布置到河道内部，在较大的波浪和水流条件下，通常所使用的测试船舶也无法稳定，水流绝对流速和流速方向均无法准确把握；其次非接触式的方法受拍照角度、水面大幅波动影响，测试误差较大，且表面波动并不能真实反映水流的流速。因此，急需研究提出一种水流流速现场测试方法，既能适应现场各种复杂水流条件，同时能够达到很高的测试精度，以满足水流流速现场测试需要。
技术实现思路
本专利技术即针对现场水流条件的复杂性及目前水流流速测试方法的不足，提出一种水流流速现场测试方法，以满足现场各种水流条件下的流速测试要求。本专利技术一种水流流速现场测试方法，主要通过以下技术来达到上述目的：利用自动跟踪式全站仪能够实时自动跟踪目标棱镜的技术特点，通过设计跟随水流流动的浮子，将目标棱镜固定于浮子顶部，实现目标棱镜与浮子一起随水流流动，目标棱镜的移动速度即水流流速，布置于岸边的全站仪自动跟踪目标棱镜，准确获得目标棱镜每个时刻的位置坐标，根据目标棱镜水平两个方向的位移和时间计算获得水流水平两个方向的流速。跟随水流流动的浮子为中心对称结构，由浮板、支撑杆、翼板三部分组成。浮板安装于浮子的支撑杆的上部，设计为圆形，浮板中心开孔，套在支撑杆上，浮板采用质量较轻具有较好浮力的材料制作，保证浮子能够浮在水面；支撑杆采用圆柱形空心管，其顶部穿过浮板，并伸出一小段长度（10cm左右），用于安装目标棱镜，支撑杆底部对称安装四块相同的翼板，为测试水面以下主流流速，支撑杆的长度一般取80~100cm；翼板采用刚度较大的薄壁材料制作，并能够保证浮子竖直向稳定，每块翼板的宽度取20~30cm、长度取30~40cm，翼板受到水流作用，带动整个浮子随水流同步运动。用于测试的全站仪应具有自动跟踪功能，目标棱镜采用360°棱镜，全站仪设置于测试区域的岸边，应确保在全站仪半径1000m内可以覆盖整个测量范围，并保证全站仪与测量区域之间无障碍物遮挡。目标棱镜固定于浮子的支撑杆顶端，将浮子放入测试水域，则浮子随水流一起运动，全站仪连续记录目标棱镜的位置坐标，在△t时间内，目标棱镜在x坐标方向位移为△dx、y坐标方向位移为△dy，则x坐标方向水流流速Vx=△dx/△t，y坐标方向水流流速Vy=△dy/△t，合流速为V=(Vx2+Vy2)0.5，即获得浮子所在位置的水流流速。本专利技术与已有技术相比具有以下优点：（1）原理清晰，结构简单，易于实现；（2）流速测试精度很高，可达到毫米级，流速方向准确；（3）在获得水流流速的同时，同时可获得测试区域总体的流场结构。附图说明附图1为水流流速测试示意图；附图2为浮子侧视图；附图3为浮子顶视图；附图4为浮子底视图；附图5为水流流速计算示意图。具体实施方式下面结合附图给出实施例并对本专利技术进行具体描述。实施例一某大型升船机，在大流量泄洪工况下仍需通航，需要测试下游引航道口门区流速，评价下游口门区通航水流条件。由于泄洪时下游水面波动很大，条件恶劣，流速测试非常困难，故采用本专利技术技术测试水流流速。设计跟随水流流动的浮子1，浮子1为中心对称结构，由浮板6、支撑杆7、翼板8三部分组成。浮板6安装于浮子1的支撑杆7的上部，设计为圆形，半径取30cm，浮板6中心开孔，套在支撑杆7上，浮板6采用质量很轻具有较好浮力的珍珠棉材料制作，保证浮子1能够浮在水面；支撑杆7采用圆柱形空心管，其顶部穿过浮板6，并伸出10cm长度，用于安装目标棱镜5，支撑杆7底部安装翼板8，为测试水面以下主流流速，支撑杆7的长度取100cm；翼板8为相同的四块，采用壁厚为0.5cm的硬塑料板制作，四块翼板8的重量可以保证浮子1竖直向稳定，每块翼板的宽度取25cm、长度取35cm，四块翼板8对称固定于支撑杆7的侧壁，翼板8受到水流作用，带动整个浮子1随水流同步运动。采用具有全自动跟踪功能的全站仪3进行测试，全站仪3设置于测试区域的岸边4，选择合适的固定位置，确保在全站仪3半径1000m内可以覆盖整个测量范围。目标棱镜5采用360°棱镜，并保证全站仪3与测量区域之间无障碍物遮挡。将目标棱镜5固定于浮子1的支撑杆7顶端，将浮子1放入测试水域2，则浮子1随水流一起运动，全站仪3连续记录目标棱镜5的位置坐标，在△t时间内，目标棱镜5在x坐标方向位移为△dx、y坐标方向位移为△dy，则x坐标方向水流流速Vx=△dx/△t，y坐标方向水流流速Vy=△dy/△t，合流速为V=(Vx2+Vy2)0.5，即获得浮子1所在位置的水流流速。以引航道口门区流速测试为例，在测试的任意时刻，在0.5s时间间隔内，测得目标棱镜5在x坐标方向位移为0.12m，在y坐标方向位移为1.14m，则该位置的x坐标方向水流流速为0.24m/s，y坐标方向水流流速为2.28m/s，合流速为2.29m/s。同样，可以获得任意位置的水流流速。因为全站仪3确定目标棱镜5位置坐标的精度可达到毫米级，因此，采用本专利技术技术后，可以精确测量获得现场水流流速和方向，并且能够适应各种恶劣的环境条件，为现场水流流速测试提供了一种精确可靠的方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水流流速现场测试方法，其特征在于，利用自动跟踪式全站仪能够实时自动跟踪目标棱镜的技术特点，通过设计跟随水流流动的浮子，将目标棱镜固定于浮子顶部，实现目标棱镜与浮子一起随水流流动，目标棱镜的移动速度即水流流速，布置于岸边的全站仪自动跟踪目标棱镜，准确获得目标棱镜每个时刻的位置坐标，根据目标棱镜水平两个方向的位移和时间差计算获得水流水平两个方向的流速。/n

【技术特征摘要】
1.一种水流流速现场测试方法，其特征在于，利用自动跟踪式全站仪能够实时自动跟踪目标棱镜的技术特点，通过设计跟随水流流动的浮子，将目标棱镜固定于浮子顶部，实现目标棱镜与浮子一起随水流流动，目标棱镜的移动速度即水流流速，布置于岸边的全站仪自动跟踪目标棱镜，准确获得目标棱镜每个时刻的位置坐标，根据目标棱镜水平两个方向的位移和时间差计算获得水流水平两个方向的流速。


2.根据权利要求1所述的一种水流流速现场测试方法，其特征在于：所述的浮子为中心对称结构，由浮板、支撑杆、翼板三部分组成，浮板安装于浮子的支撑杆的上部，设计为圆形，浮板中心开孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新，周承芳，韩俊，赵建钧，安建峰，孔令劼，牛志国，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，贵州省航务管理局，
类型：发明
国别省市：江苏;32