一种越浪量自动测量系统及其测量方法

本发明属于测量装置，具体地说是一种越浪量自动测量系统及其测量方法。

背景技术：

1、越浪量是海堤、护岸、防波堤等海岸建筑物设计的重要参数。目前反映越浪效果的参数主要有单波越浪量和平均越浪量两种。单波越浪量指的是在单位堤长上单个波浪所产生的越顶水的体积。平均越浪量定义为一个波列波浪在单位宽度、单位时间内的平均越浪水量。工程中，通常采用平均越浪量进行计算作为允许越浪量对结构物进行设计。

2、已有的相关研究中，测量越浪量的方法可归结为两类: 称质法和图像法。称质法是基于测量越浪水体累积质量随时间的变化过程来计算越浪量。但称质法存在设备维护成本较高、设备通用性及敏感度较低、试验操作不便等缺点。图像法的基本原理是通过浪高仪等传感器或激光扫描仪等光学设备，得到越浪水体经过堤顶过程的水面位置图像，然后，通过相关的图像分析技术得到水体的厚度、速度等信息，从而达到测量越浪量的目的，但是，图像法不能应用于具有冲击模式特征的越浪量试验。图像法要求越浪产生的水体经过堤顶时必须具有近似连续的单一液面结构，否则，无法得到正确的图像和越浪量。

3、此外，近年亦有基于液压传感器测量越浪量的新方法：测深法，即通过记录水箱内深度的变化计算越浪量。而越浪量的体积大小随所取工况而变化，若集水箱过小，大体积越浪量难以容纳；若集水箱过大，小体积越浪量测量误差较大且会造成浪费。而根据工况更换不同尺寸的集水箱更加难以实现，因此，需确定适当容量大小的集水箱以准确测量水箱内深度。

4、针对以上问题，如何设计开发一种简易高效的越浪量自动测量系统及其测量方法，可以根据越浪体积调节集水箱的容量大小，减小水位读数误差，为越浪量体积计算提供准确数据基础，可以增大适用范围，提高设备的稳定性和通用性，其结构简单，试验操作便捷，这是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明为解决现有技术存在的上述问题，提供一种越浪量自动测量系统及其测量方法，可以根据越浪体积调节集水箱的容量大小，减小水位读数误差，为越浪量体积计算提供准确数据基础，可以增大适用范围，提高设备的稳定性和通用性，其结构简单，试验操作便捷。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种越浪量自动测量系统，包括堤体、导水槽、集水箱、波高仪和计算机，所述堤体面向越浪水体，所述集水箱设置在所述堤体背向越浪水体的一侧，所述导水槽搭接在所述堤体与所述集水箱之间，其特征在于，所述导水槽出水端口设置在所述集水箱上的进水口处，所述导水槽的进水端口与所述堤体顶端后沿相连，所述集水箱为进水容积可调的集水箱，用于根据越浪水体体积变化调节所述集水箱进水容积大小；所述集水箱内置底部开孔可连通的分隔舱，所述分隔舱内设置所述波高仪，所述波高仪通过数据线与所述计算机联通，用于测量所述集水箱内的水位。

4、对上述技术方案的改进：所述集水箱包括水平设置的底板和所述底板周边竖直设置的立板，所述底板及立板均为矩形，所述集水箱面向所述堤体一侧的所述立板为进水立板，所述进水口设置在所述进水立板的顶部，所述进水立板的高度低于所述堤体的堤顶，所述集水箱上除所述进水立板之外的其它所述立板的顶部均高于所述堤体的堤顶；所述导水槽的出水端口搭接在所述进水立板上的所述进水口处。

5、对上述技术方案的进一步改进：所述集水箱内至少设置两块分隔板,将所述集水箱分隔成主集水箱和与主集水箱两侧连接的至少两个侧边集水箱，所述主集水箱内置所述分隔舱，且所述分隔舱贴于所述主集水箱的后壁，所述分隔舱通过其底部的开孔与所述主集水箱连通，所述开孔的长度为所述分隔舱长度的1/15–1/10，所述开孔的高度为所述分隔舱长度的1/8–1/10。水体通过开孔进入分隔舱，保证分隔舱内波高仪读数的稳定性。

6、对上述技术方案的进一步改进：所述分隔板均为伸缩式分隔板，所述伸缩式分隔板配置升降装置，所述升降装置包括电控装置、传动电机及升降机构，所述伸缩式分隔板与所述升降机构相连，所述计算机通过所述电控装置控制所述传动电机，所述传动电机通过驱动所述升降机构实现所述伸缩式分隔板的上下伸缩。

7、对上述技术方案的进一步改进：所述伸缩式分隔板包括一块分隔固定板和至少一块分隔活动板，所述分隔固定板与所述分隔活动板之间形成滑动配合连接，所述升降机构包括齿条、传动齿轮及传动电机，在所述滑动板的两侧各设置一根所述齿条，每根所述齿条配置一个所述传动电机，所述传动电机的传动轴与一减速机构连接，所述减速机构的输出轴上设置所述传动齿轮，所述传动齿轮与所述齿条啮合，用于驱动所分隔活动板上升或下降。

8、对上述技术方案的进一步改进：所述导水槽两侧设置挡水板，有效防止在导水过程中水体飞溅，所述导水槽与所述堤体及所述集水箱搭接处设有卡槽，所述卡槽卡在所述堤体及所述集水箱的搭接部位上，保证导水槽在波浪冲击下位置固定。

9、一种上述越浪量自动测量系统的测量方法，其特征在于，测量方法包括如下步骤：

10、步骤1：试验开始前，根据试验场地和试验工况预估越浪水体体积范围，确定采用集水箱的尺寸规格及开始阶段启用的侧边集水箱的数量m，m≥0，并对其固定调平；

11、步骤2：开始试验，波浪越过堤体由导水槽引入主集水箱，主集水箱中的水通过分隔舱底部的开孔流入分隔舱，由波高仪测得分隔舱内的水位，通过数据线将所读取的水位信息实时传输至计算机，获得随时间变化的实时水位变化曲线；取导水槽的宽度为b，集水箱的进水底面积a为主集水箱的底面积a0与开始阶段启用的m个侧边集水箱的底面积am之和，即a=a0+am，用于越浪量分析的时间为δ t，时间δ t内水位差为δ h，平均越浪量q = aδ h/δ t/b；每组试验重复三次，取三次平均值作为平均越浪量最终计算结果；

12、步骤3：当测量水位大于所采用集水箱的设置水位时，由计算机向电控装置发送提升分隔板的指令，根据试验需要，依次逐个开启n个分隔板，再新启用n个侧边集水箱，n≥1，待一次试验完成后，读取水位信息；为获得随时间变化的实时水位变化曲线，重复此次试验，集水箱的进水底面积a为主集水箱的底面积a0、开始阶段启用的m个侧边集水箱底面积am及新启用的n个侧边集水箱底面积an之和，即a=a0+am+an，相应的，计算得到平均越浪量q= aδ h/δ t/b，每组试验重复三次，取三次平均值作为平均越浪量最终计算结果；

13、步骤4：试验阶段性结束后，将集水箱内水体抽出，根据下次试验重新组装备用集水箱。

14、对上述技术方案的改进：所述集水箱内的侧边集水箱总量为4-8个，开始阶段启用的侧边集水箱的数量m为0-3个，新启用的侧边集水箱的数量n为1-5个。

15、本发明与现有技术相比的优点和积极效果是：

16、1、本发明的越浪量自动测量系统，可以根据越浪体积调节集水箱的容量大小，减小水位读数误差，为越浪量体积计算提供准确数据基础，可以增大适用范围，提高设备的稳定性和通用性；其结构简单，制作成本较低；

17、2、本发明的越浪量自动测量系统的测量方法，自动化程度较高，能有效节约人工和时间成本，可较为准确地得到不同工况所对应的越浪量，相较于现有测量越浪量的装置，在适用范围、稳定性、设备成本、设备通用性、试验操作简单性方面均具有明显优势。