图片简介:
本技术介绍了一种洪水作用下河床动态变化的模拟装置，包括河道模拟槽，槽内设有坝体，坝体上设有电动闸门；坝体上下游的河道模拟槽分别为蓄水区和洪水模拟区，洪水模拟区的底部铺设有砂层，砂层下方的河道模拟槽的底壁上安装有若干高频压力传感器；各高频压力传感器的正上方一一对应设有激光装置；电控装置根据砂层实时厚度计算公式计算出对应砂层的实时厚度。本技术还介绍了使用上述洪水作用下河床动态变化的模拟装置进行的多点实时监测方法。本技术对水体及砂层均不造成干扰，且不要求水槽的边壁透明，可实现多点测量，在需要的监测点的河道模拟槽的底壁上安装高频压力传感器并对应设置激光装置，测量结果较为精确。
技术要求
1.洪水作用下河床动态变化的模拟装置，包括河道模拟槽，河道模拟槽内设有坝体，坝体
上设有电动闸门；坝体上游侧的河道模拟槽形成蓄水区，坝体下游侧的河道模拟槽形成洪水模拟区，洪水模拟区的下游端设有出水口，电动闸门连接有电控装置并通过电控装置控制电动闸门的启闭；
其特征在于：
洪水模拟区的底部铺设有与模拟河段河床砂的硬度相同的砂层，砂层下方的河道模拟槽的底壁上设有若干安装孔，各安装孔内分别安装有一个高频压力传感器，高频压力传感器的信号线紧贴河道模拟槽的底壁铺设并在引出河道模拟槽后与电控装置相连接；各高频压力传感器的正上方一一对应设有激光装置，各激光装置均高于预定的洪水水位并分别与电控装置相连接；电控装置接收激光装置从发射激光到接收到返回激光的时间差信息，根据下述砂层实时厚度计算公式计算出各激光装置所对应的模拟河床的砂层的实时厚度：
；
H3为高频压力传感器处模拟河床的砂层的实时厚度，单位为米；H为激光装置与其对应的高频压力传感器之间的距离，单位为米；T为激光装置测量的从发射激光到接收到返回激光的时间差，单位为秒；v1是激光在空气中传播速度299792458米/秒；v2是激光在水中的传播速度225000000米/秒；d2为水的密度1000千克/立方米；d3为砂层的密度，单位为千克/立方米；
P为高频压力传感器监测到的压强值，单位为帕斯卡；g为重力常数，为9.8N/kg；
所述激光装置发射激光的频率与高频压力传感器的测量频率相同并均大于100Hz。
2.根据权利要求1所述的洪水作用下河床动态变化的模拟装置，其特征在于：所述各高频
压力传感器在同一水平面内呈矩阵式分布。
3.根据权利要求1或2所述的洪水作用下河床动态变化的模拟装置，其特征在于：激光装置
包括激光发射模块、激光接收模块、计时模块和控制模块，控制模块连接激光发射模块、激光接收模块和计时模块；控制模块通过线路与电控装置相连接。
4.使用权利要求3中的洪水作用下河床动态变化的模拟装置进行的多点实时监测方法，其
特征在于依次按以下步骤进行：
第一步骤是准备步骤：安装好洪水作用下河床动态变化的模拟装置，安装时精确控制并记录激光装置与高频压力传感器之间的距离H；使用比重杯测量砂层的实际密度作为d3的值；
第二步骤是蓄水步骤，在蓄水区内蓄水至实验预定水位；第三步骤是泄洪模拟及测量步骤；
通过电控装置打开各激光装置，电控装置持续接收各激光装置返回的激光由发出至返回的时间差信息；
通过电控装置控制电动闸门打开，模拟泄洪；洪水的水头通过洪水模拟区时冲刷模拟河床的砂层，使砂层厚度发生动态变化；在此过程中，电控装置根据砂层实时厚度计算公式计算出各激光装置所对应的模拟河床的砂层的实时厚度H3并予以存储，实现在洪水作用下实时地对河床动态变化进行多点同时测量。
5.根据权利要求4所述的多点实时监测方法，其特征在于：在第二步骤结束之后、第三步
骤开始之前，进行润湿作业；
润湿作业是指向砂层注水以使砂层湿润，使水淹没砂层以模拟洪水到来前河道中具有一定水位情况。
技术说明书
洪水作用下河床动态变化的模拟装置及多点实时监测方法技术领域
本技术涉及水利工程技术领域，尤其涉及一种洪水作用下河床动态变化的模拟装置及多点实时监测方法。背景技术
洪水是水利界术语，是指暴雨、急骤融冰化雪、风暴潮、溃坝等因素引起的江河湖海水量迅速增加或水位迅猛上涨的水流现象。洪水流速快，前端水头差大，对下游河床冲刷快速且剧烈，随之会引起各种地质灾害。因此，有必要对洪水作用下河床动态变化规律开展实验研究。但由于洪水具有汹涌湍急的特点，使得河床冲刷过程极为迅速、剧烈且难以实时、无干扰地进行监测。
传统的对洪水作用下地形变化的测量多是在洪水流过且地形稳定以后，对最终的河床高程进行测量，常用的有探测锤、探测杆等，但是不能做到对行洪过程中的地形变化情况进行实时测量。
有研究者提出在河床中的固定深度预先埋置冲刷传感器，不同的传感器与不同的特定深度一一对应，待某一深度的传感器被冲出并最终浮出水面，则认为已经冲刷到了该深度。这种方法需要在河床不同深度预埋传感器，会对河床进行干扰，使得与真实冲刷情况存在差异；而且受水流影响，传感器从被冲刷出来到浮出水面的时间差异较大，不易精确计量。
还有研究者提出利用激光板影像测量技术对溃坝洪水引起的均匀沙河道进行实时的地形测量，该方法利用激光透过水槽的透明边壁对河流断面的变化进行实时成像，可以实现非接触测量。但是要求水槽的边壁必须是透明的，而且只能测量一维流动（即一条线上的地形变化相同），无法实现三维流动的多点同时测量。技术内容
本技术的目的在于提供一种洪水作用下河床动态变化的模拟装置，可以在洪水作用下实时、无干扰地对河床动态变化进行三维流动的多点同时测量。
为实现上述目的，本技术的洪水作用下河床动态变化的模拟装置包括河道模拟槽，河道模拟槽内设有坝体，坝体上设有电动闸门；坝体上游侧的河道模拟槽形成蓄水区，坝体下游侧的河道模拟槽形成洪水模拟区，洪水模拟区的下游端设有出水口，电动闸门连接有电控装置并通过电控装置控制电动闸门的启闭；
洪水模拟区的底部铺设有与模拟河段河床砂的硬度相同的砂层，砂层下方的河道模拟槽的底壁上设有若干安装孔，各安装孔内分别安装有一个高频压力传感器，高频压力传感器的信号线紧贴河道模拟槽的底壁铺设并在引出河道模拟槽后与电控装置相连接；各高频压力传感器的正上方一一对应设有激光装置，各激光装置均高于预定的洪水水位并分别与电控装置相连接；电控装置接收激光装置从发射激光到接收到返回激光的时间差信息，根据下述砂层实时厚度计算公式计算出各激光装置所对应的模拟河床的砂层的实时厚度：
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H3为高频压力传感器处模拟河床的砂层的实时厚度，单位为米；H为激光装置与其对应的高频压力传感器之间的距离，单位为米；T为激光装置测量的从发射激光到接收到返回激光的时间差，单位为秒；v1是激光在空气中传播速度299792458米/秒；v2是激光在水中的传播速度225000000米/秒；d2为水的密度1000千克/立方米；d3为砂层的密度，单位为千克/立方米；
P为高频压力传感器监测到的压强值，单位为帕斯卡；g为重力常数，为9.8N/kg；
所述激光装置发射激光的频率与高频压力传感器的测量频率相同并均大于100Hz。
洪水作用下河床动态变化的模拟设备及多点实时监测方法的制作技术
