一种能够自动测量水流含沙量的量水堰的制作方法

本发明涉及一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，属于测量技术领域，尤其涉及一种水流含沙量监测领域。

背景技术：

随着近些年来我国水利工程的普遍发展，大坝数量的增多，大坝在各种荷载长期作用以及洪水、地震等恶劣环境因素影响下，加之随时间的推移结构老化，再加之大坝受到周围地质结构影响，其运行风险增加，而且大坝建筑自身也存在一定的安全隐患，使得大坝安全问题越来越突出；

水库建成后，由于水位地基条件的改变，对大坝、基岩、坝肩、岸坡及地下建筑物的工作状态都会产生很大的影响。特别是大坝蓄水后，对大坝产生了水压荷载，并在上下游水位差的作用下，对坝体、坝基产生渗流。一旦发生事故，将会对下游及周边地区造成不可估量的损失。量水堰是监测经坝体、坝基的渗透流量的水进行观测计量的结构。但是，传统量水堰无法测量出水流的含沙量，不能全面的反应坝体、坝基的健康状况。且目前测量水流含沙量多采用容器现场手动收集，再通过烘干得到沙量，无法直接测出量水堰中水流含沙量，而且人工现场观测、检测需要耗费大量的时间成本和人力，效率低；

为了保证大坝安全运营，需要强化大坝的安全检测，及时掌握大坝运行状况，及时发现大坝存在的安全问题，并及时处理。为大坝长期安全、稳定的运营奠定良好的基础，更好的发挥出大坝的重要作用。基于以上阐述，本发明采用一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，可实现对量水堰水流含沙量的定期自动测量，大大节约了人力、物力，提高了测量效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于，设计一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，弥补传统量水堰不能测出水流含沙量的这一缺陷，为坝体健康检测提供新的参考数据，及时反映大坝的运行状况，使大坝更好的发挥作用；

一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其技术方案包括：量水堰模块、图像采集模块、数据处理模块。量水堰模块包括量水堰。量水堰包括入水堰口、出水堰口、体积刻度线、电动塞；水渠中的水流从入水堰口流入量水堰，从出水堰口流出，经过一段时间，沙沉淀在量水堰底部；图像采集模块，摄像机置于正对量水堰刻度线一侧，并用自动升降杆固定支撑，用于对采集到的沙进行图像采集；数据处理模块，用于接收摄像机拍摄到的图像，读取沙量，通过网络服务器中的算法计算出量水堰水流含沙量；

本发明的有益效果：由于传统的量水堰只能计算出径流量，无法得知水流含沙量这一信息，不能全面反应坝体的健康状况。且人工现场测量水流含沙量会花费大量时间成本及人力资源，不能频繁、及时测量，而且测量结果不准确也会给坝体检测带来错误判断。针对上述问题，本文提出一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，有效的弥补了传统量水堰无法测量水流含沙量这一短板，能够实现对量水堰水流含沙量的远程自动测量，且具有较高的准确性。

附图说明

附图1是本发明的测量系统示意图；

附图2是量水堰的主视图；

附图3是自动塞的剖面图；

附图4为自动塞的俯视图；

附图5为自动塞关闭情况下的剖面图；

附图6为自动塞完全打开时的剖面图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。正如说明书附图所示：

如图1所示：一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，包括：量水堰：入水堰口（1）、出水堰口（2）、隔板（3）、沙体积刻度线（4）、电动塞（5）；摄像机（6）、自动升降杆（7）和网络服务器（8）；

图3所示为电动塞（5）的剖面图，包括：橡胶止水环（501）、橡胶塞（502）、螺杆（503）及排水口（504），具体操作步骤如下：

步骤一：安装测量量水堰水流含沙量现场装置：量水堰与水渠搭接，使水流从入水堰口（1）全部流入量水堰；在沙体积刻度线（4）一侧通过自动升降杆（7）固定安装摄像机（6）；

步骤二：将现场装置与网络服务器（8）连接，设置一定测量周期t及其他相关参数，实现定期自动测量；

步骤三：自动测量开始前，首先打开电动塞（5），将之前沉积在量水堰下部的沙利用水流冲刷排出，随后通过网络服务器（8）的设置再次关闭电动塞（5），通过自动旋转螺杆（503）将橡胶塞（502）与橡胶止水环（501）紧密相贴，防止出现渗漏情况，影响测量结果，如附图5所示；

步骤四：开始计时，通过现有理论及原理，计算出量水堰的水流量q；

步骤五：经过一定时间t后，沙沉积在量水堰下部，通过自动升降杆（7）将摄像机（6）镜头与沙上表面保持在同一水平面后，摄像机（6）进行图像拍摄，从而通过沙体积刻度线（4）可获取准确的沙体积v；

步骤六：数据处理模块接收摄像机（6）拍摄的图像，并上传至网络服务器（8），通过算法利用量水堰水流量q、测量时间t、沙体积v相关数据，计算出量水堰水流含沙量ρ，并将结果存储到计算机的数据库中，用于测量结果对比分析；

步骤七：启动电动塞（5），通过自动旋转螺杆（503）将橡胶塞（502）处于电动塞（5）底部，如附图6所示，从而将量水堰下部的沙从排水口（504）排出，通过水流冲洗掉残留的沙，以免影响下一次测量结果，最后再次关闭电动塞（5），如附图5所示；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，包括：量水堰：入水堰口（1）、出水堰口（2）、隔板（3）、沙体积刻度线（4）、电动塞（5）：橡胶止水环（501）、橡胶塞（502）、螺杆（503）及排水口（504）；摄像机（6）、自动升降杆（7）、和网络服务器（8），其特征在于：

所述量水堰为一透明装置，便于获取沙量数值；

所述入水堰口（1）为一矩形状，满足水渠中的水流流入量水堰中；

所述出水堰口（2）为一梯形堰口，满足水流流动；

所述隔板（3）位于量水堰中部，与量水堰底部保持一定距离，隔板（3）高出出水堰口（2）；

所述沙体积刻度线（4）设置在量水堰的下部，利用沙子自身重量自然下沉的特点，可以使得沙体积刻度线（4）极大包络住沙子体积范围，满足测量结果更加精确；

所述电动塞（5）包括橡胶止水环（501）、橡胶塞（502）、螺杆（503）及排水口（504），电动塞（5）在开始测量水流含沙量时关闭，测量结束后打开；

所述摄像机（6）通过自动升降杆（7）固定安装在量水堰的沙体积刻度线（4）的一侧，通过自动升降杆（7）将摄像机（6）镜头与沙上表面保持在同一水平面；

所述网络服务器（8）可以设定相关参数、接收摄像机（6）采集的图像、计算测量结果。

2.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：依次连接设置的量水堰模块、图像采集模块、数据处理模块。

3.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：量水堰模块包括：入水堰口（1）、出水堰口（2）、隔板（3）、沙体积刻度线（4）、电动塞（5）。

4.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：所述出水堰口（2）为一梯形堰口，便于水流流动，根据现有理论及原理，并可计算出量水堰的水流量q。

5.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：所述隔板（3）是位于量水堰中部的一矩形隔板，与量水堰底部保持一定距离，保证水流从下部畅流，便于沙的沉积下落，隔板（3）高出出水堰口（2），避免水流从隔板（3）上部漫过。

6.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：所述电动塞（5）包括：橡胶止水环（501）、橡胶塞（502）、螺杆（503）及排水口（504）；所述橡胶止水环（501）为一橡胶质的环状物体；所述橡胶塞（502）为一橡胶质的塞子，与橡胶止水环（501）紧密贴合，防止出现渗漏，影响测量结果；所述螺杆（503）可自动旋转，实现橡胶塞（502）的上下移动；所述排水口（504）用于在经过测量时间t后将水沙分离器内部水、沙排出，便于下次测量。

7.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：图像采集模块包括摄像机（6）、自动升降杆（7），自动升降杆（7）可以通过网络服务器（8）控制升降，使得摄像机（6）可以与沙上表面平行。

8.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：所述摄像机（6）安置于量水堰的沙体积刻度线（4）的一侧；所述自动升降杆（7）可实现自动升降，将摄像机（6）的镜头与沙上表面保持在同一水平面，然后进行图像获取，通过服务器（8）预置算法从而可得到准确的沙体积v。

9.根据权利要求1所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：数据处理模块包括网络服务器（8），用于设定相关参数，进行定期自动测量，接收摄像机（6）采集的图像、计算测量结果并保存在计算机的数据库中，用户可以通过历史数据查询进行测量结果的对比分析。

10.一种使用如权利要求1-9任一所述的一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：装置安装连接：安装量水堰模块；安装图像采集模块，并与量水堰模块连接；将数据处理模块与量水堰模块、图像采集模块连接；

步骤2：参数设定：通过网络服务器（8）进行量水堰含沙量测量周期设定，实现定期自动测量；

步骤3：测量沙量：首先，打开电动塞（5），将之前沉积在内部的沙完全排出后，通过网络服务器（8）的设置再次关闭电动塞（5），通过自动旋转螺杆（503）将橡胶塞（502）与橡胶止水环（501）紧密相贴，防止出现渗漏情况，影响测量结果；其次，开始计时，通过现有理论原理，计算出量水堰的水流量q；最后，经过一定时间t后，通过自动升降杆（7）将摄像机（6）镜头与沙上表面保持在同一水平面后，摄像机（6）进行图像拍摄，从而通过沙体积刻度线（4）可获取准确的沙体积v；

步骤4：数据处理：在每一次测量结束后，图像采集模块将获取的图像上传至数据处理模块，获取沙体积量v，网络服务器（8）利用q、t、v数据，通过算法计算出量水堰的含沙量ρ，并将测量结果保存至计算机的数据库中，用于进行测量结果对比分析，以此从水流量q、含沙量ρ两个方面来反应坝体的健康状况；

步骤5：排空沙量：启动电动塞（5），通过自动旋转螺杆（503）将橡胶塞（502）处于电动塞（5）底部，从而将量水堰内部的沙通过量水堰内的水流从排水口（504）排出，以免影响下一次测量结果，随后再次关闭自动塞（5）。

技术总结
本发明公开了一种能够自动测量水流含沙量的量水堰，包括三个模块：（1）量水堰模块，量水堰模块主要由量水堰组成，量水堰包括入水堰口、出水堰口、隔板、沙体积刻度线、电动塞；（2）图像采集模块，在量水堰一侧设置摄像机，正对沙体积刻度线位置，并用自动升降杆固定支撑，用于采集图像获取沙体积数值；（3）数据处理模块，与图像采集模块相连通过网络服务器中算法计算出量水堰的含沙量。本发明可实现全自动测量量水堰水流含沙量，从而弥补了传统量水堰无法测量水流含沙量的这一缺陷，多方面反应坝体的渗漏、疏松等情况，实时监测坝体的健康状况，无需现场测水流含沙量，节约了大量时间成本，大大地提高了工作效率。

技术研发人员：陈薇;娄凤锦;孙英豪;崔何亮
受保护的技术使用者：南京宥安传感科技有限公司
技术研发日：2021.02.08
技术公布日：2021.05.28