[发明专利]多功能河川水文自动量测系统及河川河床高程量测方法

说明书

技术领域

本发明关于一种河川水文的量测技术领域，特别指一种河川多项水文参数的自动量测系统。

背景技术

在整个台风洪水过程中（以下简称为全洪程）量测水文参数，如：水位、水流流速、河床面高程、水流含砂浓度等，是河川洪水预警及其它构造物如桥梁安全预警系统等的基础。但是目前除水位外，其它水文参数量测多以人工方式进行。

以量测河床面高程为例，传统方法是以绳索或钢索绑一重物，再由操作人员垂放入水中直至河底，由桥面高程扣除绳索长度即得河床面高程。但绳索或钢索易随风晃动且不完全垂直河面，会有一弧度，因此放出的绳索长度会超过实际垂直距离。尤其在台风期间，受风力及水流冲击影响，绳索或钢索的弧度更大，测量误差也随着增大。

在实际操作过程中，因台风期间风雨交加，且洪水水流强劲，在考虑人员安全或者在桥梁封闭的情况下，难以全天候实施人工观测，导致错失尖峰流量通过的时刻，对于洪水预警以及事后分析检讨帮助有限。

虽然目前河川管理单位正尝试恢复推动全洪程观测，但受限于人力及设备，单次人工观测的时间通常为2小时以上（单次观测通常要施作4至5条测线），每日能得到的数据组数有限；此外夜间、豪雨会导致视线不佳，对人员安全及观测准确性有莫大影响，因此亟需一套自动化系统来取代人工观测方法。

发明内容

本发明的主要目的，是提供一种能同时间量测河川多项水文参数的自动系统，包含：一水位计，应用电波或音波的发射及反射计算该水位计到水面的距离，再以水位计所在位置的高程扣除距离即得水面高程（即水位）；一表面流速计，应用电波或音波以都普勒原理量测水面流速；一重锤探测器，由重锤、水压计、泥砂浓度计、流速计构成：水压计，应用水压量测得到水深；泥砂浓度计，利用音波都普勒原理量测泥砂浓度；流速计，利用旋杯式或旋桨式或电阻式散热速率原理量测各种水下深度的流速。泥砂浓度计、流速计与水压计同时运作可得到不同水深位置的泥砂浓度及流速。当水压计沉到河床面时，量到的水深即为水面到河床面的距离，再由前面得到的水面高程（即水位）扣除距离即得河床面高程。由不同时刻得到的河床面高程相比较即得到河床冲刷（或淤积）深度。

本发明的一种多功能河川水文自动量测系统，包含：

一个支撑架，该支撑架位于桥面下，该支撑架包含一个立板连接于桥面下方，该立板下为一个平板；

一个防水铁箱，该防水铁箱位于支撑架的平板上方，该防水铁箱内含：一个信号处理机、一个数据储存设备和一个卷扬机，该信号处理机及数据储存设备可在设定时间内，发出信号使各种量测仪器分别量测出水位、高度及水流表面流速；该卷扬机包含：一条钢索、至少一条防水电线及至少一个滑轮，其中该钢索延伸出防水铁箱，用以吊放一个中空圆柱型重锤，该钢索外绕防水电线，该防水电线则用于传输信号至信号处理机；

一个水压计，该水压计位于中空圆柱形重锤的中空空间内，用于量测水压从而得到水压计所在位置的水深；

其中该中空圆柱形重锤位于钢索的末端，该中空圆柱形重锤的中空空间内含水压计，用于将水压计沉入水中并到达河床，当该中空圆柱形重锤沉入水中，内含的水压计开始量测水压，水压经公式转换后即得水压计所在位置的水深；当该中空圆柱形重锤到达河床，水压即不再变化，因此可由水压是否达到固定值来判断该中空圆柱形重锤是否到达河床。

优选的，所述的多功能河川水文自动量测系统还包含:一个泥沙浓度量测计，该泥沙浓度量测计位于钢索的末端，中空圆柱形重锤内部的上方。

优选的，该泥沙浓度量测计为一个超音波式泥沙浓度量测计。

优选的，所述的多功能河川水文自动量测系统还包含一个流速计，该流速计能配合水压计的水深读数而得到垂直剖面的水流流速分布。

优选的，所述的多功能河川水文自动量测系统还包含:一个表面流速计，该流速计位于支撑架的平板下方，该流速计为一个雷达波式或影像追踪式流速计，利用发出及反射的信号或影像比对来测得水流表面流速。

优选的，所述的多功能河川水文自动量测系统还包含:一个水位计，该水位计位于支撑架的平板下方，与支撑架的立板对齐；该水位计为一个超音波或雷达波式水位计，能利用发出及反射的信号来测得水面高程。

优选的，所述的多功能河川水文自动量测系统还包含：一个通讯设备，该通讯设备为有线或无线的连接，用于将信号处理机及数据储存设备连接到远程的控制端以使使用者进行远程的遥控及数据传送和分析。

优选的，所述的多功能河川水文自动量测系统还包含：一个尾翼，该尾翼与该中空圆柱形重锤相连接。

本发明的一种河川河床高程量测方法，包含：