一种水文地质勘测用水流流速监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及水文地质勘测领域，具体公开了一种水文地质勘测用水流流速监测装置及方法，包括参考浮体、移动浮体和辅助机构，所述的辅助机构包括墩座，所述墩座内侧端面的相同位置固定连接有锚杆，所述锚杆端部连接有水平布置的悬索，所述参考浮体和移动浮体在上部和下部的相同位置处均安装有通信模块、转角传感器和两组呈上下分布的监测传感器模块。本发明专利技术通过设有的参考浮体、移动浮体、通信模块、监测传感器模块和辅助机构，可以防止塑料袋、树枝等杂物缠绕在设备外侧，排除外界的干扰因素，使传感器模块始终保持在同一垂线上，满足测量需要，提高监测结果的精确度。提高监测结果的精确度。提高监测结果的精确度。

【技术实现步骤摘要】
一种水文地质勘测用水流流速监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及水文地质勘测领域，特别涉及一种水文地质勘测用水流流速监测装置及方法。

技术介绍

[0002]水文地质勘察亦称“水文地质勘测”。指为查明一个地区的水文地质条件而进行的水文地质调查研究工作。旨在掌握地下水和地表水的成因、分布及其运动规律。为合理开采利用水资源，正确进行基础、打桩工程的设计和施工提供依据，在对于明渠河道的水文地质勘测过程中，需要获取有关于的河流各种参数，如河流流向、水流速度和植被种类等，而河流中的水流速度对于河道两侧的水土侵蚀、河床的演化以及河道内部植被的覆盖种类均具有重要的影响作用，因此在水文地质勘测中，测量和监测河流的水流流速是必不可少且具有重要影响的项目之一。
[0003]根据《河流流量测验规范》要求，采用流速面积法对明渠或者河流进行测流时，需要在断面上布设足够多的测速垂线，且在每条垂线上还要布设多个测点，测得每个测点的流速，计算断面流量。为了减少测点，陈兴伟等在《粗糙透水床面明渠水流的垂线流速分布》中提出了垂线上的流速分布模型，包括对数型、抛物线型、椭圆型及指数型等，目的是简化垂线上的测点，在一条测速垂线上测一点或两点流速，通过模型公式计算出垂线平均流速，从而缩短测流时间。而对于流速在横断面上的分布，王鸿杰等在《基于横断面垂线平均流速分布的流量计算模型研究与应用》中提出一个可以较准确地描述横断面垂线平均流速分布的计算模型，应用该模型，利用有限的测速垂线，计算出断面流量，缩短测流历时，实现实时在线测流，该模型的应用对研究泥沙运动、河床演变及水文测验技术等均有潜在的推广应用价值。
[0004]但在近几年的实际测试中应用中，不断暴露出了一系列问题。主要问题包括：在采用流速面积法测流时，要求测速所用的传感器只能在某一垂直水位上可以上下移动，而不能左右晃动，这就要求测速传感器和装载传感器的浮体不能是一体化的，但在实际测试中，浮体漂浮于水面上，在水的冲击下时刻处于不规则的震动状态，同时当遭遇如大风、降雨等恶劣天气时，浮体的晃动程度增大，位于同一垂线上的传感器位置发生偏移，导致采集的数据不准确，影响监测结果；另一方面，明渠和河流中会经常漂浮有干扰杂物，如树枝、塑料袋以及其余漂浮物，在对水速长期实时监测过程中，传感器与装载传感器的浮体易被水中杂物阻扰，常常出现传感器被塑料袋缠绕遮挡的现象，也会使得数据的监测不准确。此外现有的监测装置多是分散固定在河流的某一固定位置处，监测装置之间独立工作，而对于河流水文地质勘探工作来说，为预测河流的河床演化，研究河道中溶质的输移情况等课题，需要获取河道横断面不同位置的流速数据，以及河道横断面不同位置的流速与水流侧向冲击之间关系的原始数据，为此，我们提出一种水文地质勘测用水流流速监测装置。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种水文地质勘测用水流流速监测装置及方法，可以有效解决
技术介绍
中的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种水文地质勘测用水流流速监测装置及方法，包括参考浮体、移动浮体和辅助机构，所述的辅助机构包括等高且对称布置在明渠或河道两侧堤岸的墩座，所述墩座内侧端面的相同位置固定连接有锚杆，所述锚杆端部连接有水平布置的悬索，所述参考浮体和移动浮体均安装在悬索的外侧，所述参考浮体和移动浮体具有相同的结构，且参考浮体和移动浮体在上部和下部的相同位置处均安装有通信模块、转角传感器和两组呈上下分布的监测传感器模块，所述参考浮体和移动浮体通过通信模块进行无线电测距。
[0007]进一步的，所述参考浮体和移动浮体均由转动部、主体部、配重部和尾部构成，所述主体部为空心结构，所述尾部与配重部之间转动连接，且尾部为鱼尾状设置，所述通信模块和转角传感器均安装在转动部的内部，所述监测传感器模块分别安装在主体部的下端和配重部的下端。
[0008]进一步的，所述参考浮体安装在悬索的中间位置处，且参考浮体的转动部通过轴承与悬索转动连接。
[0009]进一步的，所述移动浮体的转动部内部安装有直线轴承，所述直线轴承内部连接有滑轨，所述滑轨内部与悬索固定连接，且滑轨对称分布在参考浮体的两侧。
[0010]进一步的，所述的辅助机构还包括固定在墩座上端的太阳能板和位于右侧墩座上端的基站，所述基站与通信模块之间通过无线电无线通信。
[0011]进一步的，所述主体部的截面为圆弧状设置，且主体部整体为板状或圆柱状。
[0012]进一步的，装置的使用步骤如下：步骤一，使用时，将参考浮体和移动浮体浸入水流中，并向配重部中添加配重物，使两组监测传感器模块均位于水位线以下，两组监测传感器模块可以分别检测同一垂线上不同深度水深的流速，并通过通信模块以无线电方式将所测水流速度信号值发送至基站处，基站将测量数据通过3G或4G信号方式发送至工作人员处，工作人员通过获得的同一垂线上不同深度水深的流速值数据，依据现有的流速计算模型计算出垂线平均流速，实现实时在线测流的功能；步骤二，参考浮体与移动浮体之间通过通信模块采用基于时间差的无线电测距方法进行测距，可计算出参考浮体与移动浮体之间的距离，并确定移动浮体的具体位置，获取水流对于河道中漂浮物的推动作用的原始数据，结合安装在移动浮体的上的两组监测传感器模块所测得的流速值，获取河道横断面不同位置的流速与水流侧向冲击之间关系的原始数据，为研究河道横断面不同位置的处流速与水流冲击的关系和预测河流的河床演化、河道中溶质的输移情况等提供了理论数据基础。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1）参考浮体与移动浮体均采用多段式设计，主体部采用圆弧状空心设计，可以防止塑料袋、树枝等杂物缠绕在主体部外侧，排除外界的干扰因素，便于监测传感器的安装，当主体部受到水流冲击时，主体部在轴承和直线轴承的作用下围绕转动部的中心进行转动，而固定在主体部和配重部的监测传感器模块跟随转动，使两组监测传感器模块始终保
持在同一垂线上，满足测量需要，且两组监测传感器的距离可以根据初始安装位置信息和转角传感器的测量信息进行计算确定，便于计算水流深度，同时设置可围绕配重部摆动的尾部，可以缓解浮体在水平方向上的晃动，维持主体部的稳定性，进一步降低了浮体的震动程度，提高监测结果的精确度；2）参考浮体与移动浮体之间通过通信模块采用基于时间差的无线电测距方法进行测距，可计算出参考浮体与移动浮体之间的距离，并确定移动浮体的具体位置，获取水流对于河道中漂浮物的推动作用的原始数据，结合安装在移动浮体的上的两组监测传感器模块所测得的流速值，为研究河道横断面不同位置的处流速与水流冲击的关系和预测河流的河床演化、河道中溶质的输移情况等提供了理论数据基础；3）使用时，将参考浮体和移动浮体浸入水流中，并向配重部中添加配重物，使两组监测传感器模块均位于水位线以下，两组监测传感器模块可以分别检测同一垂线上不同深度水深的流速，并通过通信模块以无线电方式将所测水流速度信号值发送至基站处，基站将测量数据通过3G或4G信号方式发送至工作人员处，工作人员通过获得的同一垂线上不同深度水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水文地质勘测用水流流速监测装置，包括参考浮体（1）、移动浮体（2）和辅助机构，其特征在于：所述的辅助机构包括等高且对称布置在明渠或河道两侧堤岸的墩座（31），所述墩座（31）内侧端面的相同位置固定连接有锚杆（32），所述锚杆（32）端部连接有水平布置的悬索（33），所述参考浮体（1）和移动浮体（2）均安装在悬索（33）的外侧，所述参考浮体（1）和移动浮体（2）具有相同的结构，且参考浮体（1）和移动浮体（2）在上部和下部的相同位置处均安装有通信模块（4）、转角传感器（5）和两组呈上下分布的监测传感器模块（6），所述参考浮体（1）和移动浮体（2）通过通信模块（4）进行无线电测距。2.根据权利要求1所述的一种水文地质勘测用水流流速监测装置，其特征在于：所述参考浮体（1）和移动浮体（2）均由转动部（7）、主体部（8）、配重部（9）和尾部（10）构成，所述主体部（8）为空心结构，所述尾部（10）与配重部（9）之间转动连接，且尾部（10）为鱼尾状设置，所述通信模块（4）和转角传感器（5）均安装在转动部（7）的内部，所述监测传感器模块（6）分别安装在主体部（8）的下端和配重部（9）的下端。3.根据权利要求1所述的一种水文地质勘测用水流流速监测装置，其特征在于：所述参考浮体（1）安装在悬索（33）的中间位置处，且参考浮体（1）的转动部（7）通过轴承与悬索（33）转动连接。4.根据权利要求1所述的一种水文地质勘测用水流流速监测装置，其特征在于：所述移动浮体（2）的转动部（7）内部安装有直线轴承（11），所述直线轴承（11）内部连接有滑轨（12），所述滑轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建锋，李振生，王聪，陈鹤轩，
申请(专利权)人：山东省鲁南地质工程勘察院山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，
类型：发明
国别省市：