杨 苗，龚家国，张宽地，范 典，赵 勇，王 浩



坡面水流滚波特征参数超声波自动测量系统构建与试验

杨 苗1，龚家国2※，张宽地1，范 典1，赵 勇2，王 浩2

（1. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌 712100； 2. 中国水利水电科学研究院水资源研究所，北京 100038）

精确高效的观测手段是深入研究坡面薄层水流特性的基础。基于系统集成理论和自动化测量原理，结合高精度超声波水位传感器，研制坡面水流滚波特征参数测量系统。在光面玻璃床面，5种坡度和5种单宽流量条件下进行实际测量应用，评价测量系统的精确度及稳定性，并与人工测针法和目测法测量结果比较分析。结果表明，测量数据相对误差为0.23%，变异系数为0.66%；测量系统和传统测量方法测得的滚波波峰值最为接近，滚波频率、波速和波长的接近程度依次减弱；相比人工测量方法，超声波测量操作简便，自动化程度高且能够进行持续稳定观测，具有较好地测量精度和可靠性，能够满足坡面水流滚波特性研究需求。研究成果在坡面水流测量手段改进方面具有广阔的运用前景。

超声水位计；流量；测量；滚波特征参数；薄层水流；坡面

0 引 言

坡面薄层水流是坡面土壤侵蚀和泥沙输移的主要动力，探究其水动力学特性是进一步研究坡面土壤侵蚀过程的基础。目前，坡面薄层水流水动力学特性研究主要集中在阻力特征、平均流速和流态流型方面[1-6]，也有研究成果会涉及到坡面土壤养分的迁移[7-9]。坡面薄层水流厚度一般只有几毫米，水流过程受到地形、地表覆被物类型、降雨以及沿程质量源和动量源汇入等诸多因素的影响，水力条件复杂。……