專利名稱：一種水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水利水電工程領(lǐng)域，涉及一種水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝 置。
背景技術(shù)：
泄洪霧化現(xiàn)象是伴隨高壩建設(shè)而出現(xiàn)的高速水流問題，是指在水電工程泄水建筑物泄流過程中，樞紐下游局部區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的降雨和霧流現(xiàn)象。大壩泄洪霧化影響預(yù)報(bào)方法研究是當(dāng)前亟待解決的技術(shù)難題。目前泄洪霧化影響研究主要采用原型觀測、數(shù)學(xué)模型、水工模型和理論探討相結(jié)合的方法，其中原型觀測方法和水工模型試驗(yàn)是研究泄洪霧化問題的主要手段。泄洪霧化引起的降雨現(xiàn)象不同于自然降雨現(xiàn)象，水電工程泄水建筑物泄洪時(shí)，下泄水流一般呈現(xiàn)急流或挑射流狀態(tài)，受建筑物的壁面和周圍空氣的影響，水流內(nèi)部產(chǎn)生紊動(dòng),射流水股表面產(chǎn)生波紋,并摻氣、擴(kuò)散,導(dǎo)致部分水體失穩(wěn)、脫離水流主體,碎裂成水滴，其中大粒徑水滴降落形成雨(拋灑降雨)，小粒徑水滴漂浮在空中成為霧。然后，摻氣射流落入下游河床內(nèi)，與下游水體相互碰撞，產(chǎn)生噴濺，飛濺出的水體受到重力、空氣阻力和壩后風(fēng)速場的影響，不斷擴(kuò)散、飄逸形成霧流，霧流向四周逐漸擴(kuò)展變淡，降雨強(qiáng)度隨之減小。泄洪霧化影響范圍主要集中在水電站下游局部區(qū)域，特大強(qiáng)度的雨區(qū)雨強(qiáng)大大超過自然降雨的暴雨級強(qiáng)度，且雨強(qiáng)分布變化較大，受壩后風(fēng)速場作用，降雨雨滴方向沒有規(guī)律，這也有別于自然降雨現(xiàn)象。因此，如何測定泄洪霧化強(qiáng)度是泄洪霧化現(xiàn)象研究過程中遇到的主要技術(shù)瓶頸，也是決定影響范圍及強(qiáng)度分布測量精度的制約因素。鑒于泄洪霧化降雨與自然天氣降雨物理特性區(qū)別，測量方法上也大有區(qū)別首先是降雨雨強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然降雨，需要測量儀器的量程大；其次是需要測量二維或三維的降雨方向，對于泄洪霧化理論的基礎(chǔ)研究具有重要意義。目前泄洪霧化降雨測得的最大雨強(qiáng)達(dá)5000mm/h，模型預(yù)計(jì)最大雨強(qiáng)達(dá)80000 90000mm/h，甚至更大。而常規(guī)氣象上的短時(shí)間雨強(qiáng)，超過1000 2000mm/h已極罕見。目前氣象部門所常用的測雨儀器，量程較小且只有一個(gè)集雨筒，如使用其測量大雨強(qiáng)的水電站原型泄洪霧化降雨，量程不足、數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確且不能測量降雨方向。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在缺點(diǎn)，提出一種水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，可以通過改變量水筒大小和測量時(shí)間的方法調(diào)整量程大小，并且可測量降雨方向。本實(shí)用新型解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是—種水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，包括至少兩個(gè)集雨筒，相鄰集雨筒進(jìn)口形狀及大小完全相同并且進(jìn)口平面在空間上相互垂直，各集雨筒底部都接有獨(dú)立的導(dǎo)流管連通至相應(yīng)的量水筒。[0008]這樣采用至少兩個(gè)集雨筒進(jìn)口形狀完全相同并且進(jìn)口平面在空間上相互垂直的集雨筒收集霧化降雨，并將收集到的雨水通過獨(dú)立的導(dǎo)流管分別匯集至相應(yīng)的量水筒中測量降雨強(qiáng)度，所測的降雨強(qiáng)度通過矢量合成，可計(jì)算得到相應(yīng)的總霧化降雨強(qiáng)度以及降雨方向。本實(shí)用新型進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是前述的水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，包括兩個(gè)集雨筒，第一集雨筒為直筒狀，第二集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，兩個(gè)集雨筒的進(jìn)口圓形大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口圓形平面分別與二維直角坐標(biāo)系的兩個(gè)軸垂直，兩個(gè)集雨筒分別通過設(shè)置在其底部的導(dǎo)流管連通至一個(gè)圓筒形的量水筒。前述的水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，包括三個(gè)集雨筒，第一集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，第二集雨筒為直筒狀，第三集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，三個(gè)集雨筒的進(jìn)口圓形大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口圓形平 面分別與三維直角坐標(biāo)系的三個(gè)軸垂直，三個(gè)集雨筒分別通過設(shè)置在其底部的導(dǎo)流管連通至一個(gè)圓筒形的量水筒。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，通過改變量水筒大小和測量時(shí)間的方法調(diào)整量程大小，并且可測量降雨方向。本發(fā)明所測得雨強(qiáng)資料規(guī)律性較好，精度教高，大大推進(jìn)了泄洪霧化機(jī)理的研究，提高了水電站工程霧化預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，為泄洪霧災(zāi)害的防治防治提供了可靠的保障。

圖I是本發(fā)明實(shí)施例一的集雨筒連接示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的降雨方向矢量合成圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的集雨筒連接示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的降雨方向矢量合成圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I本實(shí)施例用于二維霧化降雨強(qiáng)度及方向測量，連接如圖I所示，包括兩個(gè)集雨筒1，第一集雨筒為直筒狀，第二集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，兩個(gè)集雨筒I的進(jìn)口 4圓形大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口圓形平面分別與二維直角坐標(biāo)系的兩個(gè)軸垂直，兩個(gè)集雨筒I分別通過設(shè)置在其底部的導(dǎo)流管2連通至一個(gè)圓筒形的量水筒3。本實(shí)施例采用2個(gè)集雨筒I分別收集沿軸方向上的霧化降雨，并將收集到的雨水通過集雨筒底部的導(dǎo)流管2匯集至量水筒3中測量降雨強(qiáng)度。兩個(gè)集雨筒I的進(jìn)口 4為圓形，大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口 4圓形平面分別與z軸和_7軸垂直。為便于描述，將進(jìn)口平面與Z軸和_7軸垂直的兩個(gè)集雨筒分別簡稱Z集雨筒和_7集雨筒。在測量過程中，z集雨筒進(jìn)口豎直向上，_7集雨筒進(jìn)口朝著水平方向。為便于匯集雨水，^集雨筒采用直筒狀，_7集雨筒采用向下彎曲的L狀。氣象上的雨強(qiáng)(RZ: Rain Intensity)定義為單位時(shí)間內(nèi)落到單位面積(一般為lkm*lkm, 2km*2km, 4km*4km三種)上的水的質(zhì)量。而泄洪霧化中雨強(qiáng)通常定義為單位時(shí)間內(nèi)落到單位面積上的水的深度，單位為mm/h。假定集雨筒進(jìn)口面積為Amw ,量水筒橫截面面積為jWe，經(jīng)過Ih后量水筒水位升高值為Smm，則相應(yīng)的雨強(qiáng)計(jì)算公式為JtZ =X(單位 mm/h )記相同時(shí)間內(nèi)z集雨筒和集雨筒的雨強(qiáng)分別為&和％ ,總雨強(qiáng)1 計(jì)算公
式為 MZa^MZw1 SZx2降雨方向采用矢量合成的方式，具體見圖2，降雨方向?yàn)閳D中合成矢量的箭頭方向，從O點(diǎn)指向?qū)嵤├?本實(shí)施例用于三維霧化降雨強(qiáng)度及方向測量，連接如圖3所示，包括三個(gè)集雨筒1，第一集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，第二集雨筒為直筒狀，第三集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，三個(gè)集雨筒I的進(jìn)口 4圓形大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口圓形平面分別與三維直角坐標(biāo)系的三個(gè)軸垂直，三個(gè)集雨筒I分別通過設(shè)置在其底部的導(dǎo)流管2連通至一個(gè)圓筒形的量水筒3。本實(shí)施例采用3個(gè)集雨筒I分別收集沿H z軸方向上的霧化降雨，并將收集到的雨水通過集雨筒底部的導(dǎo)流管2匯集至量水筒3中測量降雨強(qiáng)度。其特點(diǎn)是3個(gè)集雨筒I的進(jìn)口 4皆為圓形，大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口 4圓形平面分別與z軸、軸和^軸垂直。為便于描述，將進(jìn)口平面與Z軸、軸和Z軸垂直的兩個(gè)集雨筒分別簡稱Z集雨筒、_7集雨筒和Z集雨筒。在測量過程中，z集雨筒進(jìn)口豎直向上，z、_F集雨筒進(jìn)口朝著水平方向。為便于匯集雨水，^集雨筒采用直筒狀，集雨筒采用向下彎曲的L狀。 記相同時(shí)間內(nèi)Z集雨筒、_7集雨筒和Z集雨筒的雨強(qiáng)分別為MZx、XZr和AZ1,總雨
強(qiáng)JEZa計(jì)算公式為
MZa=^MZi1 + MZw2 +MZx2降雨方向采用矢量合成的方式，具體見圖4，降雨方向?yàn)閳D中合成矢量的箭頭方向，從O點(diǎn)指向本實(shí)用新型在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，用于國內(nèi)很多個(gè)水電站工程和水工泄洪霧化模型和原型觀測，所測得雨強(qiáng)規(guī)律性較好。此外，多個(gè)工程模型與原型雨強(qiáng)資料對比分析表明，采用本實(shí)用新型所測得的雨強(qiáng)數(shù)據(jù)原型和模型資料吻合良好，說明本實(shí)用新型無論是應(yīng)用于模型還是原型霧化降雨強(qiáng)度觀測，其方法是切實(shí)可行的，測量結(jié)果規(guī)律性較好，精度教高。[0035]本實(shí)用新型還可以有其它實(shí)施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求保 護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，其特征在于包括至少兩個(gè)集雨筒，所述相鄰集雨筒進(jìn)口形狀及大小完全相同并且進(jìn)口平面在空間上相互垂直，所述各集雨筒底部都接有獨(dú)立的導(dǎo)流管連通至相應(yīng)的量水筒。
2.如權(quán)利要求I所述的水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，其特征在于包括兩個(gè)集雨筒，第一集雨筒為直筒狀，第二集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，所述兩個(gè)集雨筒的進(jìn)口圓形大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口圓形平面分別與二維直角坐標(biāo)系的兩個(gè)軸垂直，所述兩個(gè)集雨筒分別通過設(shè)置在其底部的導(dǎo)流管連通至一個(gè)圓筒形的量水筒。
3.如權(quán)利要求I所述的水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，其特征在于包括三個(gè)集雨筒，第一集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，第二集雨筒為直筒狀，第三集雨筒由水平筒和豎直筒組成向下彎曲的倒L狀，所述三個(gè)集雨筒的進(jìn)口圓形大小和形狀完全相同，并且進(jìn)口圓形平面分別與三維直角坐標(biāo)系的三個(gè)軸垂直，所述三個(gè)集雨筒分別 通過設(shè)置在其底部的導(dǎo)流管連通至一個(gè)圓筒形的量水筒。
專利摘要本實(shí)用新型屬于水利水電工程領(lǐng)域，涉及一種水電工程泄洪霧化降雨強(qiáng)度測量裝置，包括至少兩個(gè)集雨筒，相鄰集雨筒進(jìn)口形狀及大小完全相同并且進(jìn)口平面在空間上相互垂直，各集雨筒底部都接有獨(dú)立的導(dǎo)流管連通至相應(yīng)的量水筒。采用至少兩個(gè)集雨筒進(jìn)口形狀完全相同并且進(jìn)口平面在空間上相互垂直的集雨筒收集霧化降雨，并將收集到的雨水通過獨(dú)立的導(dǎo)流管分別匯集至相應(yīng)的量水筒中測量降雨強(qiáng)度，所測的降雨強(qiáng)度通過矢量合成，可計(jì)算得到相應(yīng)的總霧化降雨強(qiáng)度以及降雨方向。本實(shí)用新型可用于水電工程霧化降雨的模型和原型觀測，所測得雨強(qiáng)資料規(guī)律性較好，精度較高，大大推進(jìn)了泄洪霧化機(jī)理的研究，提高了水電站工程霧化預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性，為泄洪霧災(zāi)害的防治提供了可靠的保障。
文檔編號G01W1/14GK202771019SQ201220452368
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者吳時(shí)強(qiáng), 周輝, 陳惠玲, 吳修鋒, 周杰, 阮仕平 申請人:水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院