专利名称：水流长期平均流速测定方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水流流速的测量装置，尤其是涉及一种适用于比较同一流域不同位置长期平均流速的水流长期平均流速测定方法及其装置。
背景技术：
流速是水流的重要物理参数，它的准确测量对于工农业生产、国家安全等都有举足轻重的作用。目前，对于江河湖海流速的测量主要是瞬时的和短期的，根据测量原理概括起来有以下三种流速测量方法。第一种是常规测流法，适合在水质较清、流速较稳的试验中应用。第二种是遥控测流法，适用于测点距岸边较远，难以用带线方式进行测试的试验。第三种是超声波测流法，可进行多维流速测量(唐桂兰，黄新，张大中.三种流速测量方法综述.林业建设，1997,4:11-13)。实际上，目前通用的测量方法以及测量仪器都是为水文监测、水下工程、船舶动力学等非生物的研究服务的，难以满足生物生活习性研究中对水文流速参数的需要。例如，要研究自然条件下，不同流速对于生物的附着、变态、生长的影响，我们更需要的是一个潮汐周期的平均流速(涉海的情况)，而普通的流速计只能测量瞬时的流速，若要获得一个月的平均流速，则需要长时间的连续测量。此外，这些仪器相对比较昂贵，适宜在工作人员的看护下进行短时间的流速测量。由于这些仪器大都需要电池提供能源，因此在户外操作中，电线容易发生老化，影响仪器的正常使用，防水密封也经常是该类仪器必须克服的困难。在对于海洋生物的研究中，研究者需要的是长期的水流平均流速以及不同实验点间的相对值。难溶性物质又叫不溶性物质。溶解是绝对的，不溶解可以说是相对的。溶解与结晶是可逆的，因此难溶性物质并不是不会溶解。温度、时间以及水流流速都会使得难溶性物质产生一定的溶解。在其他参数一定的条件下，水流的流速就能显著地影响难溶物质的溶解与结晶的平衡。流速越快，溶解与结晶的平衡就向溶解的过程移动，通过计算溶解量就可以间接获得长期平均流速值。另外，现在也有一些不需要额外电能就能够测定相对流速的发明，它们主要根据的原理基本有机械法和散热法两种，尚未见有利用化学原理的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于比较同一流域不同位置长期平均流速的水流长期平均流速测定方法及其装置。所述水流长期平均流速测定装置设有敞口的容器，在容器内填充难溶性填充物， 在容器外侧设有用于悬挂容器的悬挂件。所述容器可采用柱状容器，容器的开口与底部直径最好相等，容器的内表面为粗糙面，用于有效粘附难溶性填充物，所述容器的内径可为4 20_。所述难溶性填充物可采用硫酸钙、碳酸钙等中的一种。
所述悬挂件可采用柱状件、钩、环等悬挂件。所述水流长期平均流速测定方法，采用水流长期平均流速测定装置，所述测定方法包括以下步骤I)在容器中填充难溶性填充物，测定并记录水流长期平均流速测定装置的质量， 记为ml，然后将容器开口向下悬挂并固定在要测定的水体中；2)悬挂周期结束后，取回水流长期平均流速测定装置，去除水流长期平均流速测定装置内外表面的杂质及附生的生物，洗净后晾干，测定水流长期平均流速测定装置的剩余质量，记为m2 ；3)测出ml与m2的质量差，记为m;4)将2个不同水体中测出的水流长期平均流速测定装置的质量差相除，便得到2 个不同水体的流速相对值。在步骤I)中，所述难溶性填充物，对不同容器所填充的难溶性填充物相近，最好相同，所填充的难溶性填充物的质量相近，最好相同；在容器中填充难溶性填充物时，最好是难溶性填充物的表面水平、平整，内部无气泡。将容器的内径以及难溶性填充物的制作工艺标准化，可以获得流速的绝对值。本发明的工作原理是将填充难溶性填充物填充在敞口容器内，容器置于流动的水中，由于填充难溶性填充物的溶解速度与流速成正比，因此可以用填充难溶性填充物的质量减少的相对量来表征水流的流速。与现有的类似测量装置相比，本发明具有以下突出优点I)采用化学方法间接测定流速，避免了电子元件的使用，性能更加稳定；2)无需额外电池提供能源，适宜长期水下使用；3)整体装置是敞开结构，没有防水及密封的要求；4)能够便捷地获得长期平均流速数值；5)结构简单,性能稳定,制作简单,成本低廉,便于推广。6)针对生物学家对于流速的特殊需求，提出了一种简便测量长期平均流速的方法及装置，利用该装置能够便捷地在户外测定不同水体之间流速的相对值。
图I为本发明所述水流长期平均流速测定装置实施例的结构组成示意图。
具体实施例方式参见图1，本发明所述水流长期平均流速测定装置实施例设有敞口的柱状容器1， 在柱状容器I内填充难溶性填充物2，在柱状容器I外侧设有用于悬挂容器的悬挂件3。容器的开口与底部直径相等，容器的内表面为粗糙面，用于有效粘附难溶性填充物2，所述容器的内径可为4 20_。所述难溶性填充物可采用硫酸钙、碳酸钙等中的一种。所述悬挂件采用柱状件。以下实施例采用如图I所示的水流长期平均流速测定装置。实施例I对于在平均流速在O. 2 2m/s的海区，可以测量30天的平均流速。使用玻璃柱状容器，其内径为10mm，内表面磨砂，内深度为100mm，内部填充满硫酸钙。在悬挂于海区之前，先对容器进行称重测量，记录实际的质量为ml。然后按照步骤上的方法将其挂在测定海区，悬挂周期为悬挂于测量海区30天。一个悬挂周期结束后，取回容器，去除容器内外表面的其他生物，洗干净容器的内外表面，晾干，然后进行称重，记录为m2，可以得到ml和m2的质量差m。质量差m除以悬挂周期30天，可以得到此期间海区的平均流速。实施例2对于在平均流速为O. I lm/s的海区，可以测量一整年的平均流速。采用不锈钢柱状容器，其内径为5mm，内深度为300mm，内部填充满硫酸钙。在悬挂于海区之前，先对容器进行称重测量，记录实际的质量为ml。然后按照步骤上的方法将其挂在测定海区，悬挂周期为悬挂于测量海区一年。一个悬挂周期结束后，取回容器，去除容器内外表面的其他生物，洗干净容器的内外表面，晾干，然后进行称重，记录为m2，可以得到ml和m2的质量差m。 质量差m除以悬挂周期一年，可以得到此期间海区的平均流速。实施例3对于在平均流速为O. I O. 5m/s的海区，可以测量10天的平均流速。采用PVC 柱状容器，其内径为20mm，内深度为200mm，内部填充满碳酸钙。在悬挂于海区之前，先对容器进行称重测量，记录实际的质量为ml。然后按照步骤上的方法将其挂在测定海区，悬挂周期为悬挂于测量海区10天。一个悬挂周期结束后，取回容器，去除容器内外表面的其他生物，洗干净容器的内外表面，晾干，然后进行称重，记录为m2，可以得到ml和m2的质量差m。 质量差m除以悬挂周期10天，可以得到此期间海区的平均流速。实施例4对于平均流速为O. 5 5m/s的海区，可以测量50天的平均流速。采用聚乙烯柱状容器，其内径为4mm，内表面粗糙，内深度为150mm，内部填充满硫酸钙。在悬挂于海区之前，先对容器进行称重测量，记录实际的质量为ml。然后按照步骤上的方法将其挂在测定海区，悬挂周期为悬挂于测量海区50天。一个悬挂周期结束后，取回容器，去除容器内外表面的其他生物，洗干净容器的内外表面，晾干，然后进行称重，记录为m2，可以得到ml和m2的质量差m。质量差m除以悬挂周期50天，可以得到此期间海区的平均流速。
权利要求
1.水流长期平均流速测定装置，其特征在于设有敞口的容器，在容器内填充难溶性填充物，在容器外侧设有用于悬挂容器的悬挂件。
2.如权利要求I所述的水流长期平均流速测定装置，其特征在于所述容器采用柱状容器。
3.如权利要求I或2所述的水流长期平均流速测定装置，其特征在于所述容器的开口与底部直径相等。
4.如权利要求I或2所述的水流长期平均流速测定装置，其特征在于所述容器的内表面为粗糙面，用于有效粘附难溶性填充物。
5.如权利要求I或2所述的水流长期平均流速测定装置，其特征在于所述容器的内径为4 20mm。
6.如权利要求I所述的水流长期平均流速测定装置，其特征在于所述难溶性填充物选自硫酸钙、碳酸钙中的一种。
7.如权利要求I所述的水流长期平均流速测定装置，其特征在于所述悬挂件采用柱状件、钩、环悬挂件。
8.水流长期平均流速测定方法，其特征在于采用如权利要求I 7中的任何一种水流长期平均流速测定装置，所述测定方法包括以下步骤1)在容器中填充难溶性填充物，测定并记录水流长期平均流速测定装置的质量，记为 ml，然后将容器开口向下悬挂并固定在要测定的水体中；2)悬挂周期结束后，取回水流长期平均流速测定装置，去除水流长期平均流速测定装置内外表面的杂质及附生的生物，洗净后晾干，测定水流长期平均流速测定装置的剩余质量，记为m2 ；3)测出ml与m2的质量差，记为m；4)将2个不同水体中测出的水流长期平均流速测定装置的质量差相除，便得到2个不同水体的流速相对值。
9.如权利要求8所述的水流长期平均流速测定方法，其特征在于在步骤I)中，所述难溶性填充物，对不同容器所填充的难溶性填充物相近，最好相同，所填充的难溶性填充物的质量相近,最好相同。
10.如权利要求8所述的水流长期平均流速测定方法，其特征在于在步骤I)中，在容器中填充难溶性填充物时，难溶性填充物的表面水平、平整，内部无气泡。
全文摘要
水流长期平均流速测定方法及其装置，涉及一种水流流速的测量装置。测定装置设有敞口的容器，在容器内填充难溶性填充物，在容器外侧设有用于悬挂容器的悬挂件。在容器中填充难溶性填充物，测定并记录水流长期平均流速测定装置的质量m1，然后将容器开口向下悬挂并固定在要测定的水体中；悬挂周期结束后，取回水流长期平均流速测定装置，去除水流长期平均流速测定装置内外表面的杂质及附生的生物，洗净后晾干，测定水流长期平均流速测定装置的剩余质量m2；测出m1与m2的质量差m；将2个不同水体中测出的水流长期平均流速测定装置的质量差相除，便得到2个不同水体的流速相对值。适用于比较同一流域不同位置长期平均流速。
文档编号G01P11/00GK102590552SQ201210016760
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月18日 优先权日2012年1月18日
发明者柯才焕, 欧徽龙, 王德祥, 许肖梅, 龚琳 申请人:厦门大学