[发明专利]电解质示踪测量薄层水流流速的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄层水流流速测量领域，特别涉及一种电解质示踪测 量薄层水流流速的方法。

背景技术

坡面土壤侵蚀过程中，水流是产生土壤侵蚀和使泥沙运移的动 力，坡面薄层水流流速是所有土壤侵蚀过程模型的必要参数。如果获 得的水流流速不准确，即使侵蚀总量预测是准确的，侵蚀过程的预测 一般也是错误的。径流水流的厚度通常都是毫米级，水流速度受坡度、 坡长、流量和下垫面粗糙度等多重因素的影响，因此，探求一种有效 的测量水流流速的方法或工具是当前研究的重点和难点。

在测量细沟或切沟等存在明显流线的水流流速时，传统的流速计 由于体积太大等原因而无法使用，只能采用明渠的水流公式，利用土 壤粗糙度、径流通量、细沟宽度和坡长等参数间接推求水流流速，但 是受水流深度和含沙量等因素的影响，这种方法所测结果的可信度较 低。流量法对于规则横断面的流速测量简单有效，但在实际中很难使 用。近期提出的热脉冲法、浮游反光材料示踪法、光电或电导传感器 法以及电解质示踪法等，理论尚不完善，有待进一步深入研究和实践 验证。

目前常用的方法有盐液示踪法和染色剂示踪法，但受泥沙含量和 流态的影响，由最大流速计算平均流速的经验参数一直不能准确确 定。

现有技术还提出了利用电解质脉冲模型测量坡面薄层水流流速 的方法，该方法采用溶质运移模型理论，将高浓度盐溶液尽可能快速 地注入到径流中，在一定位置处预设传感器，监测径流中电导率的变 化过程，将试验数据与溶质运移的一维对流弥散模型拟合，计算对流 弥散方程中的参数，包括平均流速，达到测量水流流速的目的。该方 法从理论上能够在一定条件下准确预测水流流速。然而，由于设备的 限制，输入边界为脉冲函数的假定在实际中很难实现。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是精确测量坡面上的薄层水流流速，提 高测量效率。

(二)技术方案

为此，本发明提供了一种电解质示踪测量薄层水流流速的方法， 本发明方法所使用的装置放置在产生薄层水流的坡面上，所述装置包 括：

电解质脉冲发生器，用于向所述薄层水流内注入盐溶液；

数个感应探针，以一定间距设置在所述坡面上，用于采集溶液电 导率随时间变化的信号，将采集到的信号发送至数据采集器；

所述数据采集管理器，与所述电解质脉冲发生器和感应探针相连 接，用于控制所述电解质脉冲发生器开始向薄层水流内注入溶液，还 用于将感应探针发送的电导率信号发送至操作控制计算机系统；

所述操作控制计算机系统，与所述数据采集管理器相连接，用于 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；