[发明专利]真空组合式动水泥沙模型实时地形测量方法及其仪器

说明书

真空组合式水沙物理模型地形测量方法及其测量仪器：（1）确定超声波测深仪到连通管底的距离D1；（2）确定跟踪式水位仪测针与管底的距离D2；（3）开启跟踪式水位仪，当其测针触及水面后开启真空泵，将连通管内空气抽出使管内充满水体；（4）开启超声波测深仪；（5）记录不同时刻的水位，水深值，注意在超声波测量时，所得水深减去（D1‑D2）值，即；（6）计算水位变化与河床地形变化。本发明在超声波测量技术基础上解决了以下问题：（1）减小或消除仪器的测量盲区；（2）解决小水深条件下的地形测量；（3）减小或消除仪器对动水条件下流场和地形变化的影响；（4）提高地形测量精度。

技术领域

本发明涉及一种真空组合式动水泥沙模型实时地形测量方法，还涉及这种真空组合式动水泥沙模型实时地形测量方法所使用的测量仪器。

背景技术

目前，水沙物理模型试验地形测量主要采用三种方法。方法一是试验结束后，排出模型中的水体，对地形采用测针、超声波、激光等方法测量，简称为干测量法；方法二是停止模型试验并保持一定的水深，采用超声波(或其它)技术进行测量，简称静水测量法；方法三是在动水即进行试验条件下，采用超声波技术进行测量，简称动水测量法。

方法一(干测量法)得到的地形数据虽较为精确，但只是试验的最终结果，无法获取不同时刻的地形变化。因模型排水，会对地形造成一定影响，且测量耗时长，给连续试验带来不便。

方法二(静水测量法)，克服了方法一需排水的缺点，缩短了测量时间。然而由于不同介质的影响，超声波测量仪必须在水下进行，受限于河口海岸模型水深较浅，往往只有几公分，而仪器的盲区一般为3～5cm(最大为10cm)，使用有较大的局限性。此外，泥沙物理模型水较为浑浊且有悬沙存在，激光测量方法也难以应用。

方法三(动水测量法)，除方法二中超声波测量方法的缺陷外，目前超声波测量仪探头尺寸较大，在动水试验条件下对周围流场和地形有显著影响，特别是水深较小时，会导致因测量盲区影响测量方法失效。

为研究水动力与泥沙运动、地形变化之间的物理机制，需要研制能克服以上测量方法不足的仪器，解决动水条件下泥沙物理模型试验实时地形测量问题，以提高物理模型试验水平、量测精度和工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空组合式水沙物理模型地形测量方法，该方法能够克服现有技术的不足，主要是在超声波测量技术的基础上解决以下问题：(1)减小或消除仪器的测量盲区；(2)解决小水深条件下的地形测量；(3)减小或消除仪器对动水条件下流场和地形变化的影响；(4)提高地形测量精度。本发明还将提供这种真空组合式水沙物理模型地形测量方法所使用的测量仪器。

完成上述发明任务的技术方案是，一种真空组合式动水泥沙模型实时地形测量方法，即采用真空泵将连通管底部的水提升直至充满整个管道，通过跟踪式水位仪保持连通管底部在水面以下某一定常深度，使得超声波测深仪能在连通管内进行水下地形测量，步骤如下：

(1)确定超声波测深仪到连通管底的距离D1(初步取为10cm，可根据超声波测深仪的盲区范围进行具体设定，D1的取值应大于测量盲区值)；

(2)确定跟踪式水位仪测针与连通管底口的距离D2(初步取为0.5cm，可根据水面的波动情况进行具体设定，以连通管底口在测量时不露出水面为宜)；

(3)开启跟踪式水位仪，当其测针触及水面开始跟踪测量水位后，连通管(5-1)底口已没入水中，开启真空泵(5-2)，将连通管内空气抽出，使连通管内充满水体；

(4)开启超声波测深仪；

(5)记录不同时刻的水位仪的水位η(t)值，超声波测深仪的水深Z′(t)值，注意在超声波测量时，实际水深应为测量所得的水深Z′(t)值应减去(D1-D2)值，即Z(t)＝Z′(t)-(D1-D2)；