适用于强水动力条件下的水文泥沙监测仿生河流坐底制造技术

本实用新型专利技术公开了适用于强水动力条件下的水文泥沙监测仿生河流坐底，包括坐底仿生外框架部分和水沙监测设备部分，所述三三体体坐底左右为结构相同位置对称的两个坐底侧体，中间为仪器仓；左右坐底侧体为仿生鱼设计，分为仿生配重的前部和尾部，所述前部为中间高两头低的流线型，且内部为用于灌注配重材料的空腔，左右坐底侧体通过连接杆连接成一体；所述仪器仓仓体两侧通过连接板分别与坐底侧体的侧壁连接；左右坐底侧体的两尾部通过水平尾翼连为一体；水平尾翼尾部铰接有浮球回收安装桶，浮球与支持杆尾部连接。本发明专利技术特别适用于河水湍急、河床泥沙运动剧烈、河床冲淤明显的复杂强水动力条件的高原河流、山区河流的水文泥沙监测。泥沙监测。泥沙监测。

【技术实现步骤摘要】
适用于强水动力条件下的水文泥沙监测仿生河流坐底


[0001]本技术属于水文泥沙监测领域，具体涉及一种适用于强水动力条件下的山区河流坐底仿生水沙观测系统。

技术介绍

[0002]水文泥沙监测技术是水利水文信息化的重要基础，提升水文泥沙监测能力不仅是防灾减灾的基本要求，也是水利事业发展、科学研究、工程建设的重要支撑。传统的水文监测仪器、设备都是基于单一物理原理设计的，无法对现场水流、泥沙输移、水质情况做到同时采集，且采集方式也多为人工取样法，无自动的监测设施，故目前水文泥沙监测存在如下问题：1）站网密度过低，以西藏自治区、青海省为例，其基本水文站的站网密度分别为0.40站/万km2、0.47站/万km2，仅为全国基本水文站平均密度3.34站/万km2的12%、14%，平均单站控制面积达2.50万km2、2.16万km2，站网密度远低于世界气象组织推荐的允许最稀站网密度，也低于全国平均水平；2）监测项目偏少，例如西藏自治区的48处基本水文站中仅有的7处开展泥沙测验工作，全部在雅鲁藏布江流域，分别是雅鲁藏布江干流4站，拉萨河1站，年楚河2站，雅鲁藏布江的另外三条流域面积大于1万km2的支流：多雄藏布、尼洋河、帕隆藏布未开展泥沙监测；再如，位于川西高原甘孜洲境内的11处基本水文站中仅有2站观测泥沙；3）监测手段落后。目前悬移质主要采取横式采样器人工取样，烘干法处理，电子天平、台式机械天平称重，该方法费时费力，手段落后，目前还缺乏自动泥沙监测设施。基于以上种种原因，在大江大河上仍然缺乏能普遍适用且可靠性较高的测量手段，导致我国监测的水文泥沙数据无论从监测密度、还是监测类型，都要落后于国际平均水平。
[0003]随着传感器科技的发展，众多基于不同传感器技术的高精度测量设备开发技术已经非常成熟了。比如，单一流速的测量主要有声学多普勒流流速仪（ADV）和流速剖面仪（ADCP），其中ADV多用于野外或者试验水槽中的单点水流紊动特性测量，而ADCP已成为测量海洋，河口和淡水环境中流速测量的标准技术。排除人工测量方法，悬移质测量方法根据使用原理主要分为了两类：声学法的优点是具有广泛的垂直范围，良好的分辨率，无干扰，但反向散射信号干扰因素复杂，高浓度时信号容易丢失；激光法的优点是实现了原位级配测量，悬沙浓度不依赖于级配，但昂贵且不可靠，仅适用于小粒径范围，仅点测量，干扰流场。将此类设备安装在固定的平台上，放置在平原河流、水库、湖泊或者海洋底部便可以相应测量，但是由于高原山区河流河水湍急，河床附近的泥沙运动剧烈，河床冲淤明显，因此，这种更复杂的强水动力条件下高原河流、山区河流的设备搭建平台应重新进行设计，以保证整套系统可以从水面放得下，且在河底坐得稳。
[0004]因此，研究开发适合于我国高原河流、山区河流等强水动力条件下的多要素综合监测系统，以得到真实可靠的水文泥沙数据，这不仅有利于提高实测成果质量还有着明显的经济效益。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供山区河流坐底仿生水沙观测系统，以适用于河水湍急、河床泥沙运动剧烈、河床冲淤明显的复杂强水动力条件的高原河流、山区河流的水文泥沙监测。
[0006]本技术所述山区河流坐底仿生水沙观测系统，包括三体坐底仿生外框架部分和水沙监测设备部分，所述三体坐底仿生外框架部分包括在水流方向上分为左中右三个部分，左右为结构相同位置对称的两个坐底侧体，中间为仪器仓；所述左右坐底侧体为仿生鱼设计，分为仿生配重的前部和尾部，所述前部为中间高两头低的流线型，且内部为用于灌注配重材料的空腔，左右坐底侧体通过连接杆连接成一体；所述仪器仓内部为空腔，仓顶设置若干用于安装盒保护检测设备的仪器桶，仓体两侧通过连接板分别与坐底侧体的侧壁连接，所述连接板通过短杆与连接两坐底侧体的连接杆相连以进一步将仪器仓与坐底侧体连为一体；所述左右坐底侧体的两尾部为扁平状，两尾部之间通过水平尾翼连为一体；所述左右坐底侧体的两尾部为扁平状，两尾部之间通过水平尾翼连为一体；所述水沙监测设备部分由声学多普勒流速剖面仪、LISST
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200X水体现场激光粒度测量仪、光学反向散射自容式浊度仪和超声多普勒流速仪组成依次安装在仓顶的仪器桶内，声学多普勒流速剖面仪利用螺钉固定在相应的仪器桶内，其他仪器桶顶端后方开口，对应的设备通过空心喉箍配合仪器桶上的开口将设备固定。
[0007]进一步地，所述仪器仓为前端呈圆锥状的中空圆柱，仓顶中部设置有可打开和关闭的电池仓盖，仓顶根据仪器的尺寸设置若干开孔，在开孔处设置与仓内部相通的仪器桶用于安装和保护监测设备，仓内部用于放检测设备电源、数据线等。仪器桶均采用焊接固定在空圆柱上。
[0008]进一步地，所述左右坐底侧体顶部对称设置有回收缆挂钩，每侧两个，方便坐底的投放及回收。
[0009]进一步地，所述连接杆设置三根，分别在左右坐底侧体的前、中、后三个位置将左右坐底侧体连为一体，所述连接板通过短杆与连接左右坐底侧体中部的连接杆连接，使用仪器仓与左右坐底侧体进一步连为整体。
[0010]进一步地，所述左右坐底侧体的尾部为鱼尾形的竖立的平板状。
[0011]进一步地，所述水平尾翼为水平连接在坐底侧体的尾部之间的平板，水平尾翼的尾端设置为波浪或锯齿型状，有利于使水流在破碎的降低坐底在河底中受到的水流阻力。
[0012]进一步地，在强水动力条件的某些高原山区河流中，河流比降大，水流产生的拖曳力往往会超过坐底自身的水下重量，坐底很容易被携带到下游，因此所述坐底设置有抓地锚，用于将设备固定河床上。
[0013]进一步地，所述抓地锚设置在左右坐底侧体前部的连接杆上，方向与连接杆垂直，且向下向后延伸，从而在水流冲击作用下更加伸入地向地锚入以固定坐底。优选地，所述抓地锚的设置角度为朝向下游且与水平方面呈0~45度；更优选地，所述抓地锚的端部为圆锥状，以便于更好扎入地中。
[0014]进一步地，所述抓地锚设置也可以设计为活动式，所述设置有抓地锚的左右坐底侧体前部的连接杆作为抓地锚安装杆，与左右侧体的连接方式为可转动连接，使连接杆自身可转动，从而带动抓地锚使其可活动，从而适应各种情况下的地面。
[0015]进一步地，在左右坐底侧体的底部中间位置各设置挂钩，方便连接埋在河底的重物，如铅鱼。
[0016]进一步地，所述强力绳选用具有一定的强度和柔韧性，能够承受坐底重量的绳子。
[0017]进一步地，本技术还可以设计浮球，具体结构式：水平尾翼底面中部设置有延伸至坐底尾部外的支持杆，支持杆的尾部铰接有浮球回收安装桶，在不同强水动力条件下，铰接的设计使得浮球回收安装桶可以根据水流强度自动旋转保持一定的倾斜角度，减小坐底所受到的水流阻力；浮球通过柔性强力绳从浮球安装桶内部与支持杆尾部连接。
[0018]在本技术的上述技术方案中，在实际工作时，可根据当地水流强度进行配重，可将采用灌注水泥、沙、甚至是重金属进入坐底侧体的空腔并用配重螺塞进行堵塞。
[0019]在本技术的上述技术方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.适用于强水动力条件下的水文泥沙监测仿生河流坐底，其特征在于，包括三体坐底仿生外框架部分和水沙监测设备部分，所述三体坐底仿生外框架部分包括在水流方向上分为左中右三个部分，左右为结构相同位置对称的两个坐底侧体（1），中间为仪器仓（2）；所述左右坐底侧体为仿生鱼设计，分为仿生配重的前部和尾部，所述前部为中间高两头低的流线型，且内部为用于灌注配重材料的空腔，左右坐底侧体通过连接杆连（5,9）接成一体；所述仪器仓内部为空腔，仓顶从上游至下游依次设置五个用于安装盒保护检测设备的仪器桶，仓体两侧通过连接板（6）分别与坐底侧体的侧壁连接，所述连接板通过短杆与连接两坐底侧体的连接杆相连以进一步将仪器仓与坐底侧体连为一体；所述左右坐底侧体的两尾部为扁平状，两尾部之间通过水平尾翼（22）连为一体；所述水沙监测设备部分由声学多普勒流速剖面仪（18）、LISST
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200X水体现场激光粒度测量仪（19）、光学反向散射自容式浊度仪（20）和超声多普勒流速仪（21）组成依次安装在仓顶的仪器桶内，声学多普勒流速剖面仪利用螺钉固定在相应的仪器桶内，其他仪器桶顶端后方开口，对应的设备通过空心喉箍 （1...

【专利技术属性】
技术研发人员：许唯临，刘兴年，黄尔，罗铭，闫旭峰，王路，王协康，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：新型
国别省市：