|
5 s. g) C$ D+ d0 _3 s& }% c
随着工农业生产和生活用水量的增加，水资源供需矛盾日益尖锐，计划用水和水量调配工作显得越来越重要，很多场合都需要能够迅速、准确地测量明渠断面流量。 9 U8 H: s7 Q5 k( t) C
0 p. P: n h' ~; B 目前，国内外研究水流流量的方法主要有：垂直多普勒法、流速面积法、雷达波桥测、曲线率定法、遥感测量法、控制断面法等。流速面积法是通过将水流断面分割，采用局部测量求和的方式获得整体流量。 8 n/ g0 L/ k$ }8 P$ t+ p
一、水断面流量基础公式
! E; g5 y( q* C$ [& T& x 在某一给定的瞬间，水流流经过水断面的水量为： 6 y3 v6 ~, j4 f
" P3 N( U; l8 \: H# X
式中：v表示垂直于面积元ds的流速分量；V=v(x,y)；积分域包括整个过水断面面积，上式可以变换如下：
4 S( X1 o0 ?" ]% L6 l4 Y/ P
6 C# k# Q) S& S7 ] D$ M - d' J' J5 ~7 a4 K6 N
二、流速面积法基本原理( F% z r/ _7 _+ w
流速面积法就是基于明渠断面流速分布经验公式，测得断面某点流速及断面水位和渠底泥位后，通过计算获得断面流量。其基本原理是：将断面细分为多个分区（如下图所示），测得断面某一点（布置流速仪后，该点绝对位置即已固定）处的流速及断面水位和渠底泥位后，根据断面垂线流速分布律及测点位置、测点流速和水深值，得到流速测点所在垂线的平均流速，根据垂线平均流速的横向分布律得到各分区中垂线平均流速，各分区的平均流速由分区中垂线平均流速代替，求得各分区流量后求和得断面总流量。 9 B9 Z: B" n6 I9 M6 O% z
( y. F6 o r+ d3 M% |" D- }
三、流速面积法计算公式
$ D4 u/ N5 ]: i" ^' b 应用流速面积法测量明渠断面流量时，按上述基本原理，先将明渠断面等分为n个分区，然后通过计算各个分区的流量，并进行求和得到明渠断面的总流量。其流量计算公式为： - _+ A& t& u. D }# v
7 x" M6 r. @4 Q) j/ y* i9 K 式中：△Si为第i个分区的面积；B为水面宽度；Hm为断面中垂线处的水深；Vi为第i个分区中垂线的等效平均流速（对矩形断面明渠，其值为分区中垂线平均流速；对梯形断面明渠，其值为分区中垂线平均流速的H/Hm倍，Hi为明渠第i个分区中垂线处的水深），对矩形和梯形断面明渠，Vi分别按截面积流速计算公式求出。
2 l& ~( s% Q/ l" \1 N 四、流速面积法实测明渠断面流量
4 ?7 q! [, E8 p# z& U# x- G" M 实测明渠断面流量根据流速面积法得到。根据实测点流速计算实测断面流量的过程中，这里采用的是我国规范的方法—平均分割法。该方法先以测速垂线作为划分子区域的界线，将明渠断面划分为几个子区域，再根据实测流速及水深，计算各子区域的断面面积、平均流速及流量，然后将各子区域的流量进行求和得到的。断面流量Q的计算公式可表示为： 3 u4 t3 @6 j' O, d3 \0 |
7 y( Z- M& o( ^7 Q+ M6 H ~% C
式中：hi为第i条测速垂线处的水深；Vi为第i条测速垂线的垂线平均流速；△Zi为第i-1条与第i条测速垂线之间的水平距离。 ! f* p/ p) D( Q! v/ ^. N. {9 b
- n4 t: P1 f( i0 m
其中，Qi表示流量计测量的瞬时流量值，△t表示RTU读取流量计瞬时流量值的测量时间间隔。 & R- h T1 U& X9 P* ^( }1 U5 [/ l
五、流速测量设备1 ^ |; @" w2 r" B% o
流速面积法可使用声学多普勒流量计测量流速。声学多普勒流量计是一款接触式声学多普勒测流设备，尤其适用于浊度大于20mg/L的流体流量测量。具有微功耗、高精度、宽量程等特点，操作简便，可同时检测流量、流速、水位、水温、剩余电量、电压等多种参数，能够很好的满足用户对于产品高精度和高稳定性的需求。具体技术特点如下： ; w5 Z+ f, q' ~3 g6 q1 W4 d$ u0 _
（1）断面流速测量：
9 V0 u& b. p, [7 Z; L4 e7 h5 J3 s8 _ 超声波探头的测量截面为椭圆形，覆盖不同纵深的流速，更接近于断面流速； ! S2 U5 t {. r+ Y
（2）测量精度高：
3 j5 @8 d. E2 K7 ?1 F1 I- R. D7 r 选带傅里叶变换(Zoom-FFT)算法保证测量结果稳定并具有毫米级别的速度分辨率； m, g. d) |3 A/ {) e2 o: \7 k
（3）结构设计独特： % ^3 N! R2 ^1 `5 d7 d, }
通过专利保护的结构设计有效防止淤泥堵塞关键测量部位，减少流量计的维护；
# w/ J: I7 O& {6 q （4）低功耗设计：
2 f& G- t+ V+ ~( @# ]6 \3 g 嵌入式软硬件整体低功耗设计、先进的电源管理策略及科学的工作模式切换； . ~* Z9 D) S2 q. ^ q H0 h
（5）应用场景广： 9 u! z* i! S& t8 m
浊度大于20mg/L的满管和非满管流量测量均可，通过选用宏电相关配件可扩展支持淤积监测功能；
6 N) I- ?5 D3 @+ `# Z, Q& x （6）防护等级高： $ o/ {, T3 g$ K5 ?1 T% m& s3 }
IP68防水防尘等级，可满足各种不同应用场合；
- E1 e- S w* T5 z6 {; t1 S （7）电路异常保护：
+ E! i; |$ Q% N* } 有过电压保护、浪涌电压保护及电源极性反接保护，避免操作失误引起的电气损坏。 + e) W$ {; \; n
6 s1 \) [, Z) b- f% e
7 y# V. }1 u% u: `; w3 E# t# {
; J" y% _# L1 d: w; l3 a, K5 D. s4 Q) y: H% B$ U8 h
: E* Y, V7 o4 y: n O | 
