專利名稱：一種研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壩泄洪霧化防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的
>J-U裝直。
背景技術(shù)：
水利工程特別是高壩工程泄洪時(shí)，下游局部區(qū)域內(nèi)常出現(xiàn)較大規(guī)模的降雨和霧流彌漫現(xiàn)象，工程界稱之為泄洪霧化。由于其引發(fā)的降雨強(qiáng)度(雨強(qiáng))一般高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千_作以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然降雨中特大暴雨的雨強(qiáng)值(11.67_/h)，從而對(duì)水利工程下游岸坡穩(wěn)定、樞紐建筑物正常運(yùn)行、交通安全以及周圍環(huán)境產(chǎn)生較大危害。泄洪霧化引發(fā)的工 程危害提醒我們必須在工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段充分認(rèn)識(shí)到泄洪霧化的危害性，并通過有效的防護(hù)手段避免或減少其負(fù)面影響。為此許多工程已經(jīng)開始針對(duì)泄洪霧化進(jìn)行專門的防護(hù)設(shè)計(jì)，其主要設(shè)計(jì)依據(jù)是泄洪霧化降雨強(qiáng)度及分布的預(yù)測(cè)成果。因此，泄洪霧雨預(yù)測(cè)成果的準(zhǔn)確與否成為決定泄洪霧化防護(hù)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵因素。由于問題的復(fù)雜性，目前的預(yù)測(cè)成果尚不能完全滿足防護(hù)設(shè)計(jì)的需要，對(duì)工程安全運(yùn)行帶來較大影響。提高泄洪霧雨預(yù)測(cè)成果的準(zhǔn)確性已經(jīng)成為目前泄洪霧化研究中最重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
一種研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置，包括模擬泄洪建筑物，碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)裝置，泄洪霧化霧源量觀測(cè)裝置，泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)裝置；所述模擬泄洪建筑物包括高水箱、概化建筑物、下游地形建筑物，所述高水箱用于提供水源；高水箱可以通過調(diào)整的水位，使得水流流速大于6m/s，以消除表面張力的影響，保證模型水流摻氣與原型情況基本相似；同時(shí)通過水位調(diào)整，保證泄水流量為600L/S-800L/S，盡量保證流態(tài)與原型相似。概化建筑物模擬目前應(yīng)用最為廣泛的挑流泄水建筑物；所述概化建筑物通過鋼架支撐，端部設(shè)置有鼻坎，所述鼻坎體型設(shè)計(jì)為連續(xù)坎，并具有不同的起挑角度，用于模擬不同起挑角度的挑流泄洪情況。所述下游地形建筑物設(shè)置有梯形河道，建筑物的側(cè)壁和底部全部采用透光的有機(jī)玻璃，并局部架空底部；所述碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)裝置，包括設(shè)置在下游地形建筑物一側(cè)、底部及水舌正上方的高速攝像機(jī)，所述高速攝像機(jī)用于觀測(cè)碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程，觀測(cè)水舌入水碰撞時(shí)水舌形態(tài)及碰撞范圍內(nèi)下游水面形態(tài)變化；進(jìn)而研究水舌入水后的水下運(yùn)行軌跡、運(yùn)行范圍；觀測(cè)水體反彈和激濺行為的發(fā)生時(shí)間等運(yùn)動(dòng)要素。所述泄洪霧化霧源量觀測(cè)裝置，包括設(shè)置在下游地形建筑物上的地面收集裝置和空中收集裝置；所述地面收集裝置包括設(shè)置在中濺水四周集水盒以及設(shè)置在集水盒外圍的滴譜試紙，其中集水盒中的雨滴通過稱重計(jì)算霧源量，外圍降雨量較小的位置通過滴譜法對(duì)雨滴進(jìn)行測(cè)量，提高觀測(cè)精度。所述空中收集裝置為在濺水區(qū)域上方沿水滴激濺方向設(shè)置的集水盒，用于收集流程較短的激濺雨滴(未能進(jìn)入地面收集裝置)，將其結(jié)果與地面收集雨滴合并計(jì)算。其中稱重法通過精密電子秤對(duì)收集的水體進(jìn)行稱重。滴譜法則是采用專用染色紙收集雨滴樣本，并依據(jù)取樣前的雨滴斑痕的直徑與空中雨滴直徑之間的率定曲線，計(jì)算所收集雨滴的真實(shí)直徑。所述泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)裝置，包括在水舌入水位置設(shè)置在下游地形建筑物的梯形河道兩側(cè)的背景墻、下游地形建筑物的梯形河道上方設(shè)置高亮照明設(shè)備和煙霧發(fā)生器、以及在下游地形建筑物一側(cè)、水舌正上方以及前方分別設(shè)置高速攝像機(jī)。通過高速攝影捕捉一定時(shí)間段內(nèi)的霧源形態(tài)，分析霧源形態(tài)變化的時(shí)間序列，再將其組合形成一個(gè)完整序列周期內(nèi)的霧源形態(tài)譜圖。通過自主開發(fā)的泄洪霧化粒度分析軟件，進(jìn)行圖像預(yù)處理(減少圖像質(zhì)量所引起的誤差)，二值化處理(對(duì)數(shù)字化圖像進(jìn)行目標(biāo)物與背景的分離，把顆粒獨(dú)立出來)，然后對(duì)圖像進(jìn)行分析，自動(dòng)檢測(cè)出圖像顆粒的個(gè)數(shù)，圖像顆粒的面積、粒徑等重要指標(biāo)，得到每個(gè)顆粒的實(shí)際參數(shù)指標(biāo)，再通過預(yù)先的率定試驗(yàn)所得到的率定參數(shù)，統(tǒng)計(jì)分析激濺水滴的數(shù)量及直徑。激濺水滴的出射角度也可經(jīng)過圖像分析得到。以往的濺水相關(guān)試驗(yàn)研究受研究方法和測(cè)試技術(shù)的局限，對(duì)挑流水舌入水碰撞、 反彈及激濺的物理機(jī)制研究較少，尤其是沒有對(duì)激濺水滴數(shù)量、直徑分布以及反射角度開展相關(guān)研究，影響了泄洪霧化預(yù)測(cè)方法的發(fā)展。本發(fā)明中用于研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置，包括泄洪建筑物模擬系統(tǒng)、碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)系統(tǒng)、泄洪霧化霧源量觀測(cè)系統(tǒng)、泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)，可以觀測(cè)挑流水舌入水碰撞、水體反彈以及產(chǎn)生激濺的物理現(xiàn)象；精確測(cè)量泄洪霧化霧源量；捕捉一定時(shí)間段內(nèi)的霧源形態(tài)。


圖I模擬泄洪建筑物圖2碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)觀測(cè)裝置圖3泄洪霧化霧源量觀測(cè)裝置圖4泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)裝置附圖標(biāo)記高水箱I、概化建筑物2、下游地形建筑物3、鼻坎4、鋼架5、高速攝像機(jī)6、地面收集裝置7、空中收集裝置8、集水盒9、滴譜試紙10、背景墻11，照明設(shè)備12、煙霧發(fā)生器13。
具體實(shí)施例方式一種研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置，包括泄洪建筑物模擬系統(tǒng)，碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)系統(tǒng)，泄洪霧化霧源量觀測(cè)系統(tǒng)，泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)。如圖I所示，所述模擬泄洪建筑物包括高水箱I、概化建筑物2、下游地形建筑物3，所述高水箱I用于提供水源；高水箱I可以通過調(diào)整的水位使得水流流速大于6m/s，以消除表面張力的影響，保證模型水流摻氣與原型情況基本相似；同時(shí)通過水位調(diào)整，泄水流量為600L/s-800L/s，盡量保證流態(tài)與原型相似。概化建筑物2模擬目前應(yīng)用最為廣泛的挑流泄水建筑物；所述概化建筑物2通過鋼架5支撐，端部設(shè)置有鼻坎4，所述鼻坎體型設(shè)計(jì)為連續(xù)坎，并具有不同的起挑角度，用于模擬不同起挑角度的挑流泄洪情況。
所述下游地形建筑物3設(shè)置有梯形河道，建筑物的側(cè)壁和底部全部采用透光的有機(jī)玻璃,并局部架空底部。如圖2所示，所述碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)裝置，包括設(shè)置在下游地形建筑物3—側(cè)、底部及水舌正上方的高速攝像機(jī)6，所述高速攝像機(jī)6用于觀測(cè)碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程。 如圖3所示，所述泄洪霧化霧源量觀測(cè)裝置，包括設(shè)置在下游地形建筑物3上的地面收集裝置7和空中收集裝置8 ;所述地面收集裝置包括設(shè)置在水舌入水時(shí)濺水位置四周的集水盒9以及設(shè)置在集水盒9外圍的滴譜試紙10，其中集水盒9中的雨滴通過稱重計(jì)算霧源量，外圍降雨量較小的位置通過滴譜法對(duì)雨滴進(jìn)行測(cè)量，提高觀測(cè)精度。所述空中收集裝置8為在濺水區(qū)域上方沿水滴激濺方向設(shè)置的集水盒9，采用鋼絲懸掛于濺水區(qū)域上方，用于收集流程較短的激濺雨滴(未能進(jìn)入收集裝置)，將其結(jié)果與地面收集雨滴合并計(jì)算。如圖4所示，所述泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)裝置，包括在水舌入水位置設(shè)置在下游地形建筑物3的梯形河道兩側(cè)的背景墻11、下游地形建筑物3的梯形河道上方設(shè)置高亮照 明設(shè)備12和煙霧發(fā)生器13、以及在下游地形建筑物一側(cè)、水舌正上方以及前方設(shè)置的高速攝像機(jī)6。通過上述裝置，在不同泄水流量、鼻坎水頭、入水角度的情況下，進(jìn)行水舌入水碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程研究，泄洪霧化霧源量影響因素研究，泄洪霧化霧源分布規(guī)律研究。具體研究方法如下(I)水舌入水碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程研究觀測(cè)挑流水舌入水碰撞、水體反彈以及產(chǎn)生激濺的物理現(xiàn)象，測(cè)量水舌入水碰撞時(shí)水舌形態(tài)及碰撞范圍內(nèi)下游水面形態(tài)變化；研究水舌入水后的水下運(yùn)行軌跡、運(yùn)行范圍；觀測(cè)水體反彈和激濺行為的發(fā)生時(shí)間等運(yùn)動(dòng)要素。按時(shí)間序列分析其運(yùn)動(dòng)過程，結(jié)合以往相關(guān)研究及相關(guān)物理定律對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行描述，初步建立其運(yùn)動(dòng)過程的計(jì)算模式。(2)泄洪霧化霧源量影響因素研究由于水舌入水后產(chǎn)生的激濺水滴在空間上呈現(xiàn)全方位分布特點(diǎn)，即入水四周均將產(chǎn)生激濺水滴。為方便描述及后續(xù)分析，將產(chǎn)生的激濺水滴總量分為縱向分量和橫向分量。研究擬對(duì)一定時(shí)間內(nèi)挑流水舌與下游水體碰撞后產(chǎn)生的激濺水滴縱向分量、橫向分量進(jìn)行測(cè)量分析，進(jìn)而測(cè)算激濺水滴總量。并通過變換試驗(yàn)條件，研究水流不同入水速度、入水角度和流量條件下激濺水滴縱向分量、橫向分量以及激濺水滴總量變化規(guī)律，揭示泄洪霧化縱、橫向霧源量及霧源總量與主要影響因素之間的定量響應(yīng)關(guān)系。(3)泄洪霧化霧源分布規(guī)律研究水舌入水碰撞后水舌外緣將產(chǎn)生大量直徑不等的激濺水滴，并分別以不同的初始角度向四周拋射。研究擬采用高速攝影設(shè)備捕捉水舌外緣四周激濺水滴的分布形態(tài)，對(duì)激濺水滴的數(shù)量、水滴直徑以及各自的出射角度進(jìn)行測(cè)量分析，研究泄洪霧化霧源的分布規(guī)律。并通過變換試驗(yàn)條件，比較挑射水流不同入水速度、入水角度和流量條件下泄洪霧化霧源的分布形態(tài)，結(jié)合霧源量研究成果分析不同泄水條件對(duì)泄洪霧化霧源分布規(guī)律的影響機(jī)制。
權(quán)利要求
1.ー種研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置，包括模擬泄洪建筑物，碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)裝置，泄洪霧化霧源量觀測(cè)裝置，泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)裝置；其特征在于 所述模擬泄洪建筑物包括高水箱(I)、概化建筑物(2)、下游地形建筑物(3)，所述高水箱(I)用于提供水源，所述概化建筑物(2)模擬挑流泄水建筑物； 所述下游地形建筑物(3)設(shè)置有梯形河道，建筑物的側(cè)壁和底部全部采用透光的有機(jī)玻璃，并局部架空底部； 所述碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)裝置，包括分別設(shè)置在下游地形建筑物(3) —側(cè)、下游地形建筑物(3)底部及水舌正上方的高速攝像機(jī)出)，所述高速攝像機(jī)(6)用于觀測(cè)碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程； 所述泄洪霧化霧源量觀測(cè)裝置，包括設(shè)置下游地形建筑物上的地面收集裝置(7)和空中收集裝置⑶； 所述泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)裝置，包括在水舌入水位置設(shè)置在下游地形建筑物(3)的梯形河道兩側(cè)的背景墻(11)、下游地形建筑物(3)的梯形河道上方設(shè)置的照明設(shè)備(12)和煙霧發(fā)生器(13)、以及分別在下游地形建筑物ー側(cè)、水舌正上方以及水舌前方設(shè)置的高速攝像機(jī)(6)。
2.如權(quán)利要求I所述的研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置，其特征在于，所述概化建筑物(2)通過鋼架(5)支撐，端部設(shè)置有鼻坎(4)，所述鼻坎(4)體型設(shè)計(jì)為連續(xù)坎，并具有不同的起挑角度。
3.如權(quán)利要求I所述的研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置，其特征在于，所述地面收集裝置(7)包括設(shè)置在水舌入水時(shí)濺水位置四周集水盒(9)以及設(shè)置在集水盒(9)外圍的滴譜試紙(10)，其中集水盒(9)中的收集的雨滴通過稱重計(jì)算霧源量，外圍降雨量較小的位置通過滴譜法對(duì)雨滴進(jìn)行測(cè)量；所述空中收集裝置(8)為在濺水區(qū)域上方沿水滴激濺方向設(shè)置的集水盒(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及高壩泄洪霧化防護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種研究泄洪霧化霧源分布規(guī)律的裝置，該裝置包括泄洪建筑物模擬裝置，碰撞、反彈及激濺運(yùn)動(dòng)過程觀測(cè)裝置，泄洪霧化霧源量觀測(cè)裝置，泄洪霧化霧源形態(tài)觀測(cè)裝置。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中泄洪霧化霧源分布規(guī)律的研究裝置存在的不足，本發(fā)明提出的研究裝置，可以觀測(cè)挑流水舌入水碰撞、水體反彈以及產(chǎn)生激濺的物理現(xiàn)象，精確測(cè)量泄洪霧化霧源量，捕捉一定時(shí)間段內(nèi)的霧源形態(tài)。
文檔編號(hào)E02B1/02GK102758416SQ20121025841
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者周若, 周赤, 徐海濤, 王思瑩, 王才歡, 陳端, 陳輝, 韓繼斌, 黃國(guó)兵 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院