[发明专利]电解质示踪测量薄层水流流速的装置及方法

权利要求书

1.一种电解质示踪测量薄层水流流速的方法，其特征在于，包 括如下步骤：

步骤10、将盐溶液注入到坡面薄层水流中；

步骤20、当盐溶液流经各个感应探针时，感应探针采集盐溶液 的电导率随时间变化的信号，并发送所述电导率随时间变化的信号至 数据采集管理器；

步骤30、数据采集管理器将接收到的信号发送给操作控制计算 机系统，操作控制计算机系统的数据分析单元根据接收到的电导率随 时间变化的信号，按公式(1)或(2)进行数据处理和参数计算，得 到水流流速u，并分别生成采集的电导率随时间变化的曲线图，与模 拟的电导率随时间变化的曲线图，记录并存储所述流速和曲线图；

C1(x,t)=∫0tC0x2(t-τ)πDH(t-τ)exp(-(x-u(t-τ))24DH(t-τ))Asin(2πτB+D)dτ---(1)]]>

C1(x,t)=∫0tC0x2(t-τ)πDH(t-τ)exp(-(x-u(t-τ))24DH(t-τ))Aexp(-(τ-D)22B2)dτ---(2)]]>

其中C表示归一化的溶液电导率，C₀表示初始溶液电导率；C₁表 示t时刻的溶液电导率；x表示沿水流所流经坡面的坡长方向的坐标， 单位为m；u表示水流流速，单位为m/s；t表示时间，单位为s；D_H表 示水动力弥散系数，单位为m²/s，A、B、D为待定参数；

所述公式(1)或(2)按照以下方法得到：

对于对流弥散方程(3)：

∂C∂t+u∂C∂x=∂∂x(DH∂C∂x)---(3)]]>

C表示归一化的溶液电导率；x表示沿坡面的坡长方向的坐标，单 位为m；u表示水流流速，单位为m/s；t表示时间，单位为s；D_H表示 水动力弥散系数，单位为m²/s；

当上边界条件为脉冲函数(4)：

C(0，t)＝δ(t)C(x，t)＝δ(t)   x＝0      (4)    下边界条件为(5)：

C(x，t)＝0    x＝∞   (5)

初始条件为(6)：溶质的初始浓度为零：

C(x，t)＝0    t＝0    (6)

时，(3)的解析解为：

C(x,t)=C0x2tπDHtexp(-(x-ut)24DHt)---(7)]]>

在已知(7)的情况下，线性系统的输入信号的响应是输入信号 与脉冲响应函数的卷积，表达式为：

C1(x,t)=∫0tC(x,t-τ)f(τ)dτ---(8)]]>

将距离电解质脉冲发生器最近处的感应探针采集的电导率随时 间的变化信号作为(3)的边界条件，所述边界条件用正态或正弦函 数描述，其中正弦函数模拟边界条件时解的表达式为(9)，正态函数 模拟边界条件时解的表达式为(10)，

将(7)和(9)代入(8)中，求解得到公式(1)，

将(7)和(10)代入(8)中，求解得到公式(2)。