泥沙起动概率的高速摄影测量方法

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泥沙起动概率的高速摄影测量方法

苗蔚, 陈启刚, 李丹勋, 钟强

文章导航 > 水科学进展 > 2015 > 26(5): 698-706

苗蔚, 陈启刚, 李丹勋, 钟强. 泥沙起动概率的高速摄影测量方法[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

引用本文:

苗蔚, 陈启刚, 李丹勋, 钟强. 泥沙起动概率的高速摄影测量方法[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

MIAO Wei, CHEN Qigang, LI Danxun, ZHONG Qiang. Imaging-based measurement of pickup probability for sediment entrainment[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

Citation:

MIAO Wei, CHEN Qigang, LI Danxun, ZHONG Qiang. Imaging-based measurement of pickup probability for sediment entrainment[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

泥沙起动概率的高速摄影测量方法

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

1.
清华大学水利水电工程系, 北京 100084;
2.
北京交通大学土木建筑工程学院, 北京 100044

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目(2012BAB04B01)

作者简介:
苗蔚(1990—),女,山东青岛人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究.E-mail:miaow12@mails.tsinghua.edu.cn

通讯作者:
陈启刚,E-mail:chenqg@bjtu.edu.cn

中图分类号: TV142

Imaging-based measurement of pickup probability for sediment entrainment

1.
State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China;
2.
School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China

摘要: 为了通过实验测量泥沙起动概率,基于封闭槽道内开展的泥沙起动实验,系统论述了基于高速摄影的起动概率测量方法所涉及的起动概率定义、相机采样频率、图像处理方法、起动比例与运动比例的关系等关键问题.根据泥沙在水流紊动猝发作用下起动的物理机制,定义实测起动概率为单个紊动猝发周期内,从一定面积床面上冲刷外移的泥沙比例.根据推移质运动概念模型,提出高速图片拍摄间隔应小于推移质运动的中间时间尺度,以捕获泥沙的每一次起动.在高速图像处理时,通过连续两帧图片之间的灰度差实现运动比例的无偏差提取.进一步分析表明,运动泥沙可处于起动、止动或滑翔状态,运动比例等于起动比例、止动比例和滑翔比例之和,起动比例与运动比例之比等于两张图片之间的时间间隔除以推移质运动的中间时间尺度.基于上述关键技术,将高速摄影测量方法用于泥沙起动概率的测量,结果表明,临界起动水流条件时,床沙处于少量起动现象,对应的临界起动概率与窦国仁所推导的2.28%接近.
- 泥沙 /
- 起动概率 /
- 高速摄影 /
- 图像处理 /
- 猝发 /
- 采样频率
Abstract: We present a novel, high-speed imaging method for measuring the pickup probability for sediment entrainment under flowing water. The pickup probability is defined as the proportion of sediment particles entrained from a given bed region during a turbulent bursting period, so the measurement necessitates a least sampling frequency corresponding to the intermediate range of sediment motion. Moving particles are identified by examining the gray difference between two successive images, and the probability for sediment motion is determined by counting the number of particles in motion. The pickup probability equals the probability for sediment motion times the interval between two consecutive images divided by the intermediate temporal range. The method has been successfully applied to the measurement of bed-load transport in closed channel flows. Preliminary results show that the measured pickup probability for sediment entrainment at critical conditions remains at 2.27％, similar to previous results in the literature.
- sediment /
- probability for sediment entrainment /
- high-speed photography /
- image processing /
- turbulent burst /
- frame rate

[1]	鲍振鑫, 张建云, 王国庆, 贺瑞敏, 金君良, 王婕, 吴厚发. 基于水文模型与机器学习集合模拟的水沙变异归因定量识别——以黄河中游窟野河流域为例 . 水科学进展, 2021, 32(4): 485-496. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.04.001
[2]	假冬冬, 陈诚, 牛晨曦, 张幸农. 岸滩侧蚀崩塌速率的试验量测方法 . 水科学进展, 2018, 29(4): 537-542. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.009
[3]	薛万云, 吴时强, 吴修锋, 戴江玉, 杨倩倩, 王芳芳. 刚性植被区域床面泥沙起动特性 . 水科学进展, 2017, 28(6): 849-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.06.006
[4]	黑鹏飞, 假冬冬, 冶运涛, 周刚, 胡德超. 计算河流动力学理论体系框架探讨 . 水科学进展, 2016, 27(1): 152-164. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.01.016
[5]	王浩, 袁强, 孟震, 龚家国. 基于高速摄像技术的推移质运动特征试验 . 水科学进展, 2016, 27(6): 849-857. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2016.06.007
[6]	李文杰, 杨胜发, 付旭辉, 肖毅. 三峡水库运行初期的泥沙淤积特点 . 水科学进展, 2015, 26(5): 676-685. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.009
[7]	王浩, 李丹勋, 陈启刚, 王兴奎. 基于图像处理的明渠紊流近壁区条带结构试验 . 水科学进展, 2015, 26(2): 257-264. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.02.014
[8]	施勇, 栾震宇, 陈炼钢, 金秋. 长江中下游江湖关系演变趋势数值模拟 . 水科学进展, 2010, 21(6): 832-839.
[9]	王龙, 李丹勋, 杨胜发, 钟强, 王兴奎. 采样频率及样本容量对明渠紊流统计值的影响 . 水科学进展, 2009, 20(5): 626-631.
[10]	窦希萍, 王向明, 赵晓冬. 物理模型变率影响研究进展 . 水科学进展, 2007, 18(6): 907-914.
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泥沙起动概率的高速摄影测量方法

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

1. 清华大学水利水电工程系, 北京 100084;

2. 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京 100044

基金项目: "十二五"国家科技支撑计划资助项目(2012BAB04B01)

作者简介:
苗蔚(1990—),女,山东青岛人,博士研究生,主要从事水力学及河流动力学研究.E-mail:miaow12@mails.tsinghua.edu.cn

通讯作者: 陈启刚,E-mail:chenqg@bjtu.edu.cn

收稿日期: 2015-03-09
刊出日期: 2015-09-25

中图分类号: TV142

关键词:

摘要: 为了通过实验测量泥沙起动概率,基于封闭槽道内开展的泥沙起动实验,系统论述了基于高速摄影的起动概率测量方法所涉及的起动概率定义、相机采样频率、图像处理方法、起动比例与运动比例的关系等关键问题.根据泥沙在水流紊动猝发作用下起动的物理机制,定义实测起动概率为单个紊动猝发周期内,从一定面积床面上冲刷外移的泥沙比例.根据推移质运动概念模型,提出高速图片拍摄间隔应小于推移质运动的中间时间尺度,以捕获泥沙的每一次起动.在高速图像处理时,通过连续两帧图片之间的灰度差实现运动比例的无偏差提取.进一步分析表明,运动泥沙可处于起动、止动或滑翔状态,运动比例等于起动比例、止动比例和滑翔比例之和,起动比例与运动比例之比等于两张图片之间的时间间隔除以推移质运动的中间时间尺度.基于上述关键技术,将高速摄影测量方法用于泥沙起动概率的测量,结果表明,临界起动水流条件时,床沙处于少量起动现象,对应的临界起动概率与窦国仁所推导的2.28%接近.

English Abstract

苗蔚, 陈启刚, 李丹勋, 钟强. 泥沙起动概率的高速摄影测量方法[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

引用本文:

苗蔚, 陈启刚, 李丹勋, 钟强. 泥沙起动概率的高速摄影测量方法[J]. 水科学进展, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

MIAO Wei, CHEN Qigang, LI Danxun, ZHONG Qiang. Imaging-based measurement of pickup probability for sediment entrainment[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

Citation:

MIAO Wei, CHEN Qigang, LI Danxun, ZHONG Qiang. Imaging-based measurement of pickup probability for sediment entrainment[J]. Advances in Water Science, 2015, 26(5): 698-706. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2015.05.011

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