浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水土保持自動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域的徑流泥沙取樣器。更具體地，涉及一種 浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全剖面進(jìn)水器。
【背景技術(shù)】
[0002] 小流域徑流泥沙監(jiān)測(cè)是水土保持監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。徑流量監(jiān)測(cè)一般根據(jù)多年降雨 特征和洪峰特征，在小流域把口站建設(shè)徑流堰（槽）等標(biāo)準(zhǔn)量水設(shè)施，通過(guò)觀測(cè)到的水位和 給定的公式計(jì)算流量。而徑流平均含沙量的監(jiān)測(cè)，受泥沙粒徑和含量在徑流垂直剖面上分 布不均的影響，以及受徑流流速在不同深度存在差異的影響，需要在不同水深處取樣或者 測(cè)量。由于洪水水位的變化，不同水深處的取樣或者測(cè)量人工法較易做到，而自動(dòng)法較難 做到，例如單一探頭的設(shè)備，為保證小水位時(shí)能夠取樣和測(cè)量，多把儀器探頭固定在徑流底 部，導(dǎo)致測(cè)量泥沙含量和粒徑偏高，而多探頭設(shè)備，由于固定在不同高度，導(dǎo)致低水位時(shí)大 部分探頭暴露在空氣中，無(wú)法使用，且水位的變化使探頭測(cè)量深度也在變化，增加了計(jì)算的 難度。目前泥沙取樣應(yīng)用較多的自動(dòng)設(shè)備為栗抽式徑流泥沙采樣器，該采樣器在徑流中布 設(shè)進(jìn)水管，通過(guò)蠕動(dòng)栗抽取渾水樣，然后自動(dòng)分裝到不同的采樣瓶中，廣泛應(yīng)用到水土保持 和環(huán)保領(lǐng)域的水樣采集。例如美國(guó)ISC0公司生產(chǎn)的ISC06712取樣器，中國(guó)格林斯普公司 生產(chǎn)的HC-9601取樣器，都為栗抽式徑流泥沙取樣器。但該類(lèi)設(shè)備的缺陷在于進(jìn)水器只能 固定徑流底部或某一高度，以保證在低水位時(shí)能夠取到水樣，從而導(dǎo)致徑流泥沙樣的代表 性降低，尤其含沙量較高的徑流，測(cè)量到的樣本含沙量和粒徑明顯高于實(shí)際值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，該進(jìn) 水器能自動(dòng)根據(jù)徑流水位的變化調(diào)整其在水深中的位置，且能夠?qū)搅鞯娜拭孢M(jìn)行取 樣，所取水樣測(cè)量到的含沙量和實(shí)際接近。
[0004] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0005] -種浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，包括：底座、一端封閉另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)的 設(shè)置在所述底座上的進(jìn)水管和設(shè)置在所述進(jìn)水管封閉端的浮球，所述浮球能夠使進(jìn)水管的 封閉端浮于水面上，所述進(jìn)水管背對(duì)水流方向一側(cè)的管壁上等間隔的開(kāi)設(shè)有若干個(gè)孔。測(cè) 量時(shí)將底座置于徑流的底部，進(jìn)水管的一端通過(guò)浮球浮在水面上，另一端位于徑流的底部， 水樣從進(jìn)水管上開(kāi)設(shè)的孔進(jìn)入其中，采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的進(jìn)水器主體形態(tài)不影響徑 流特征，且通過(guò)浮球保證不同水位時(shí)進(jìn)水管的一端都位于水面，進(jìn)水管的另一端與底座位 于徑流的底部，能夠保證采集到徑流全深剖面的水樣。
[0006] 優(yōu)選地，所述進(jìn)水管上開(kāi)設(shè)的孔的孔徑按照下式計(jì)算得到：
[0007]
[0008] 式中Rn表示第η個(gè)孔的直徑，Ri表示第1個(gè)孔的直徑，1表示第η個(gè)孔至第1個(gè) 孔的距離，L表示進(jìn)水管沒(méi)入水中的長(zhǎng)度。在進(jìn)水管上開(kāi)設(shè)按照上式計(jì)算出孔徑的孔能夠 保證采集水樣能夠代表徑流含沙量的特征。
[0009] 優(yōu)選地，所述進(jìn)水管的長(zhǎng)度大于徑流的最大水位15cm。
[0010] 優(yōu)選地，所述進(jìn)水管的另一端垂直的設(shè)有一與其連通的橫管，所述橫管通過(guò)軸承 可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在所述底座上，所述橫管的一端封閉另一端與取樣器連接。
[0011] 優(yōu)選地，所述進(jìn)水管通過(guò)螺紋與橫管連接。
[0012] 優(yōu)選地，所述橫管為不銹鋼管。
[0013] 優(yōu)選地，所述進(jìn)水管為PPR管，管徑大于取樣器的進(jìn)水口。
[0014] 優(yōu)選地，所述浮球?yàn)榭古鲎驳腅VA彈性浮球。
[0015] 優(yōu)選地，所述底板為不銹鋼板。
[0016] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0017] 本發(fā)明一是通過(guò)水的浮力自動(dòng)調(diào)整本身在徑流中的位置，且徑流剖面上各點(diǎn)的相 對(duì)位置始終固定；二是根據(jù)薄壁孔出流特征，建立了進(jìn)水器管壁的孔徑計(jì)算方式，保證了 徑流剖面上各孔進(jìn)水量一致。本發(fā)明解決了自動(dòng)徑流泥沙樣取樣，單一探頭必須置于徑流 底部導(dǎo)致含沙測(cè)量結(jié)果偏高的問(wèn)題，多探頭固定安置受洪水水位變化導(dǎo)致的低水位探頭出 露，測(cè)量位置不固定，從而造成測(cè)量含沙量誤差較大的問(wèn)題。本裝置造價(jià)低廉，靠徑流浮力 驅(qū)動(dòng)，無(wú)需額外提供動(dòng)力及電力，對(duì)于節(jié)省人力物力和提高徑流含沙量觀測(cè)精度具有重要 意義，可代替栗抽式徑流泥沙自動(dòng)取樣器的進(jìn)水過(guò)濾頭，在全國(guó)各水土保持監(jiān)測(cè)站點(diǎn)推廣。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019] 圖1示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2示出本發(fā)明的浮球和進(jìn)水管的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3示出本發(fā)明的浮球和進(jìn)水管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖4示出本發(fā)明的底座和橫管的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō) 明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具 體描述的內(nèi)容是說(shuō)明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024] 如圖1所示，浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器包括底座1、進(jìn)水管2、浮球3和 橫管4。
[0025] 如圖2和圖3所示，浮球3為半球形的形狀，材質(zhì)為EVA彈性材料，浮球3設(shè)置在 進(jìn)水管2的一端，進(jìn)水管2與浮球3的底部平齊，進(jìn)水管2的頂端露出5mm，用橡膠塞將進(jìn)水 管2的頂端封閉，日常使用時(shí)用于檢查管內(nèi)是否有雜物淤堵情況，進(jìn)水管2的另一端設(shè)有外 螺紋。
[0026] 如圖1和圖3所示，進(jìn)水管2為PPR管制成，以設(shè)計(jì)徑流最大水深100cm為例，進(jìn) 水管2的長(zhǎng)度為115cm，頂端15cm用于安裝浮球3,其余100cm用于鉆孔，在進(jìn)水管2背對(duì) 來(lái)水方向一側(cè)等間距開(kāi)孔，第1孔距離管頂端50cm，孔直徑4mm，此后每孔間距100mm?？字?徑采用如下公式確定：
[0027]
[0028] 式中，Rn表示第η個(gè)鉆孔直徑，Ri表示第1個(gè)鉆孔直徑，1表示第η個(gè)鉆孔至第1 個(gè)孔的距離，L表示進(jìn)水管長(zhǎng)度沒(méi)入水中的長(zhǎng)度，即進(jìn)水管總長(zhǎng)度減去浮球所占長(zhǎng)度，1表 示第1個(gè)鉆孔處徑流流速，Si表示第1個(gè)鉆孔代表的徑流斷面面積，Vi表示第η個(gè)鉆孔處徑 流流速，Si表示第η個(gè)鉆孔代表的徑流斷面面積，對(duì)徑流堰等水流流速較慢的量水建筑物， 不考慮V，S值，則：
[0029]
[0030] 本實(shí)施例中孔直徑如下表所示：
[0031]
[0032] 如圖4所示，橫管4通過(guò)其兩端設(shè)置的軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在底座1上，底座1為邊 長(zhǎng)是200mm的正方形不銹鋼板，板厚4mm。橫管4的中間位置處設(shè)有用于與進(jìn)水管2連接的 連接絲扣41，橫管4垂直的與進(jìn)水管2的另一端通過(guò)螺紋連接，橫管4為管徑是15_的不 銹鋼管，橫管4的一端封閉，另一端與取樣器的進(jìn)水管連接。
[0033] 采樣時(shí)，進(jìn)水管2的一端在浮球的作用下浮在徑流水面上，底座1、橫管4和進(jìn)水管2的另一端沉入徑流底部，進(jìn)水管2可根據(jù)徑流的水深自由浮動(dòng)，同時(shí)采集徑流全深剖面的 樣本。根據(jù)薄壁孔出流特征建立的孔徑計(jì)算公式（1)和（2)，保證了徑流剖面上各個(gè)孔的進(jìn) 水量一致。
[0034] 本文中所采用的描述方位的詞語(yǔ)"上"，"下"，"左"，"右"，"前"，"后"等均是為了說(shuō) 明的方面基于附圖中圖面所示的方位而言的，在實(shí)際裝置中，這些方位可能由于裝置的擺 放方式而有所不同。
[0035] 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā) 明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于，包括：底座、一端封閉另一 端可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在所述底座上的進(jìn)水管和設(shè)置在所述進(jìn)水管封閉端的浮球，所述浮球能夠 使進(jìn)水管的封閉端浮于水面上，所述進(jìn)水管背對(duì)水流方向一側(cè)的管壁上等間隔的開(kāi)設(shè)有若 干個(gè)孔。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述進(jìn) 水管上開(kāi)設(shè)的孔的孔徑按照下式計(jì)算得到：式中Rn表示第η個(gè)孔的直徑，Ri表示第1個(gè)孔的直徑，1表示第η個(gè)孔至第1個(gè)孔的 距離，L表示進(jìn)水管沒(méi)入水中的長(zhǎng)度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述進(jìn) 水管的長(zhǎng)度大于徑流的最大水位15cm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述進(jìn) 水管的另一端垂直的設(shè)有一與其連通的橫管，所述橫管通過(guò)軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在所述底座 上，所述橫管的一端封閉另一端與取樣器連接。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述進(jìn) 水管通過(guò)螺紋與橫管連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述橫 管為不銹鋼管。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述進(jìn) 水管為PPR管，管徑大于取樣器的進(jìn)水口。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述浮 球?yàn)榭古鲎驳腅VA彈性浮球。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，其特征在于：所述底 板為不銹鋼板。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種浮動(dòng)式徑流泥沙取樣全深剖面進(jìn)水器，包括：底座、一端封閉另一端可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在所述底座上的進(jìn)水管和設(shè)置在所述進(jìn)水管封閉端的浮球，所述浮球能夠使進(jìn)水管的封閉端浮于水面上，所述進(jìn)水管背對(duì)水流方向一側(cè)的管壁上等間隔的開(kāi)設(shè)有若干個(gè)孔。測(cè)量時(shí)將底座置于徑流的底部，進(jìn)水管的一端通過(guò)浮球浮在水面上，另一端位于徑流的底部，水樣從進(jìn)水管上開(kāi)設(shè)的孔進(jìn)入其中，采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明的進(jìn)水器主體形態(tài)不影響徑流特征，且通過(guò)浮球保證不同水位時(shí)進(jìn)水管的一端都位于水面，能夠保證采集到全深剖面的水樣。
【IPC分類(lèi)】G01N1/10
【公開(kāi)號(hào)】CN105388042
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510919778
【發(fā)明人】劉剛, 王大安, 劉瑛娜, 張帥
【申請(qǐng)人】北京師范大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日