(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211354033.7 (22)申请日 2022.11.01 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市武侯区一环路 南一段24号 (72)发明人 许唯临　刘兴年　黄尔　罗铭　 闫旭峰　王路　王协康　 (74)专利代理 机构 成都海成知识产权代理事务 所(普通合伙) 51357 专利代理师 周敏 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01D 11/30(2006.01) B63C 11/52(2006.01) B63B 21/26(2006.01)B63B 22/00(2006.01) (54)发明名称 山区河流 坐底仿生水沙观测系统 (57)摘要 本发明公开了山区河流坐底仿生水沙观测 系统， 包括坐底仿生外框架部分和水沙监测设备 部分， 所述三三体体坐底左右为结构相同位置对 称的两个坐底侧体， 中间为仪器仓； 左右坐底侧 体为仿生鱼设计， 分为仿生配重的前部和尾部， 所述前部为中间高两头低的流线型， 且内部为用 于灌注配重材料的空腔， 左右坐底侧体通过连接 杆连接成一体； 所述仪器仓仓体两侧通过连接板 分别与坐底侧体的侧壁连接； 左右坐底侧体的两 尾部通过水平尾翼连为一体； 水平尾翼尾部铰接 有浮球回收安装桶， 浮球与支持杆尾部连接。 本 发明特别适用于河水湍急、 河床泥沙运动剧烈、 河床冲淤明显的复杂强水动力条件的高原河流、 山区河流的水文 泥沙监测。 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 CN 115540952 A 2022.12.30 CN 115540952 A 1.山区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 包括三体坐底仿生外框架部分和水 沙监测设备部分， 所述三体坐底仿生外框架部分包括在水流方向上分为左中右三个部分， 左右为结构相同位置对称的两个坐底侧 体 （1） ， 中间为仪器仓 （2） ； 所述左右坐底侧 体为仿 生鱼设计， 分为仿生配重的前部和尾部， 所述前部为中间高两头低的流线 型， 且内部为用于 灌注配重材料的空腔， 左右坐底侧体通过连接杆连 （5,9） 接成一体； 所述仪器仓内部为空 腔， 仓顶设置若干用于安装盒保护检测设备的仪器桶， 仓体两侧通过连接板 （6） 分别与坐底 侧体的侧壁连接， 所述连接板通过短杆与连接两坐底侧体的连接杆相连以进一步将仪器仓 与坐底侧体连为一体； 所述左右坐底侧体的两尾部为扁平状， 两尾部之间通过水平尾翼 （22） 连为一体； 水平尾翼底面中部设置有延伸至坐底尾部外的支持杆 （16） ， 支持杆的尾部 铰接有浮球回收安装桶 （3） ， 浮球 （14） 通过柔性强力绳 （15） 从浮球安装桶内部与支持杆尾 部连接。 2.根据权利要求1所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 所述仪器仓为前 端呈圆锥状的中空 圆柱， 仓丁中部 设置有可打开和关闭的电池仓盖 （7） ， 仓顶 根据仪器的尺 寸设置若干开 孔， 在开孔处设置与仓内部相通的仪器桶用于安装和保护监测设备。 3.根据权利要求1所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 所述左右坐底侧 体顶部对称设置有回收缆 挂钩 （8） ， 每侧两个， 方便坐底的投放及回收。 4.根据权利要求1所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 所述连接杆设置 三根， 分别在左右坐底侧体的前、 中、 后三个位置将左右坐底侧体连为一体， 所述连接板通 过短杆与连接左右 坐底侧体中部的连接杆连接， 使用仪器仓与左右 坐底侧体进一步连为整 体。 5.根据权利要求1所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 所述左右坐底侧 体的尾部为鱼尾形的竖立的平板状。 6.根据权利要求1所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 所述水平尾翼为 水平连接在坐底侧体的尾部之间的平板， 水平尾翼的尾端设置为波浪或锯齿型状， 有利于 使水流在破碎的降低坐底在河底中受到的水流阻力。 7.根据权利要求1所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 述坐底底部设置 有抓地锚 （4） 用于将设备固定河 床上。 8.根据权利要求7所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 所述抓地锚设置 在左右坐底侧体前部的连接杆上， 方向与连接杆垂 直， 且向下向后 延伸， 抓地锚的设置角度 为朝向下游且与水平方面呈0~45度； 或， 所述抓地锚设置在左右 坐底侧体前部的连接杆上， 所述连接杆与左右侧体的连接方式为可转动连接， 使连接杆自身可转动， 从而带动抓地锚 使其可活动， 从而适应各种情况 下的地面。 9.根据权利要求1所述山 区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 在左右坐底侧体 的底部中间位置各设置一个挂钩， 用于连接埋在河底的重物。 10.根据权利要求1所述山区河流坐底仿生水沙观测系统， 其特征在于， 所述监测设备 部分包括的监测设备为测量断面瞬时流速、 水流紊动强度、 水温、 水深和悬移质输沙率及级 配的监测设备。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115540952 A 2山区河流坐底 仿生水沙观测系统 技术领域 [0001]本发明属于水文泥沙监测领域， 具体涉及 一种适用于强水动力条件下的山区河流 坐底仿生水沙观测系统。 背景技术 [0002]水文泥沙监测技术是水利水文信息化的重要基础， 提升水文泥沙监测能力不仅是 防灾减灾的基本要求， 也是水利事业发展、 科学研究、 工程建设的重要支撑。 传统的水文监 测仪器、 设备都是基于单一物理原理设计的， 无法对现场水流、 泥沙输移、 水质情况做到同 时采集， 且采集方式也多为人工取样法， 无自动的监测设施， 故目前水文泥沙监测存在如下 问题： 1） 站网密度过低， 以西藏 自治区、 青海省为例， 其基本水文站的站网密度分别为0.40 站/万km2、 0.47站/万km2， 仅为全国基本 水文站平均密度3.34站 /万km2的12%、 14%， 平均单站 控制面积达2.50万km2、 2.16万km2， 站网密度远低于世界气 象组织推荐的允许最稀站网密 度， 也低于全国平均水平； 2） 监测项目偏少， 例如西藏 自治区的48处基本水文站中仅有的7 处开展泥沙测验工作， 全部在雅鲁藏布江流域， 分别是雅鲁藏布江干流4站， 拉萨河1站， 年 楚河2站， 雅鲁藏布江的另外三条流域面积大于1万km2的支流： 多雄藏布、 尼洋河、 帕隆藏布 未开展泥沙监测； 再如， 位于川西高原甘孜洲境内的11处基本水文站中仅有2站观测泥沙； 3） 监测手段落后。 目前悬移质主要采取横式采样器人工取样， 烘干法处理， 电子天平、 台式 机械天平称重， 该方法费时费力， 手段落后， 目前还缺乏自动泥沙监测设施。 基于以上种种 原因， 在大江大河上仍然缺 乏能普遍适用且可靠性较高的测量手段， 导致 我国监测的水文 泥沙数据无论从监测密度、 还是监测类型， 都要落后于国际平均水平。 [0003]随着传感器科技的发展， 众多基于不同传感器技术的高精度测量设备开发技术已 经非常成熟了。 比如， 单一流速的测量主要有声学多普勒流流速仪 （ADV） 和流速剖面仪 （ADCP） ， 其中ADV多用于野外或者试验水槽中的单点水流紊动特性测量， 而ADCP已成为测量 海洋， 河口和淡水环境中流速测量的标准技术。 排除人工测量方法， 悬移质测量方法根据使 用原理主要分为了两类： 声学法的优点是具有广泛的垂直范围， 良好的分辨率， 无干扰， 但 反向散射信号干扰因素复杂， 高浓度时信号容易丢失； 激光法的优点是实现了原位级配测 量， 悬沙浓度不依赖于级配， 但昂贵且不可靠， 仅适用于小粒径范围， 仅点测量， 干扰流场。 将此类设备安装在固定的平台上， 放置在平原河流、 水库、 湖泊或者海洋底部便可以相应测 量， 但是由于高原 山区河流河水湍急， 河床附近的泥沙运动剧烈， 河床冲淤明显， 因此， 这种 更复杂的强水动力条件下高原河流、 山区河流的设备搭建平台应重新进行设计， 以保证整 套系统可以从水面 放得下， 且在河底坐得 稳。 [0004]因此， 研究开发适合于我国高原河流、 山区河流等强水动力条件下的多要素综合 监测系统， 以得到真实可靠的水文泥沙数据， 这不仅有利于提高实测成果质量还有着 明显 的经济效益。说　明　书 1/6 页 3 CN 115540952 A 3