|
3 i7 z2 G. d. X+ o A. w+ b3 @ 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。 1 j2 x9 g& x' w, N; u+ y
# O. x3 y5 M) a: A' N5 I
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。 $ w+ a1 ?+ v1 T+ n
一、水断面流量基础公式
9 y, o7 {; d# T7 G0 j$ G 在某一给定的瞬间，水流流经过水断面的水量为：
+ G" z* h2 ]# l( Z( M( y) C $ E7 L/ O6 \. `3 C2 @% g
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：
- _7 u @5 l* A* U/ t9 X. _ 3 w; p3 }5 V- a; q" h& d" T' s
. b, o: c# T( n2 B 二、流速面积法基本原理7 W1 T7 P) e2 n: J
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。
0 _1 u7 L' t' g- s# V5 h {: D( G4 ^5 i& G
三、流速面积法计算公式
3 R2 u6 W7 T1 N' I; s+ p 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： : B: [ O9 u# A
2 E3 ^1 w# ?7 j0 t$ j1 I5 N: 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。
. c) e+ V1 J. k( ~& g; \7 t& M 四、流速面积法实测明渠断面流量% x% S( E$ _5 e, A7 _
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：
4 |: H. P* A7 m" o) N/ A + o- Z# i+ J+ Z/ o
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。
# ^6 x% Y; ]6 ? / X ~) y0 O1 |; T% g. W) p2 i
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。 4 l8 \* u- o6 T9 t" \3 i& [
五、流速测量设备
4 K: Z8 Q' N6 S' |. { 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： 6 G; X4 U& o6 X1 k
（1）断面流速测量： / G! d P1 C# p" n7 A# [% ^
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； - b4 Z' e. I9 c8 J1 [. Y
（2）测量精度高：
: I7 E7 D7 p) ~! f 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； # K( [' q2 K8 X0 `$ j; k# O6 u
（3）结构设计独特： $ W* X1 Z5 O- `7 O9 F9 s) t; G
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；
8 _3 a% f% q u6 }2 |: ] U （4）低功耗设计： 7 ]" y: [3 Y# L0 p; l4 y8 c
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；
. ~2 E: x3 n: L* _/ n （5）应用场景广： 2 P; |2 h8 Y) K0 U D
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；
1 G1 R5 y& k: S4 M( f+ ], D （6）防护等级高： - B n T& F4 o
IP68防水防尘等级，可满足各种不同应用场合；
' s% @4 e% U# r7 m% l （7）电路异常保护： ) }' b5 m/ M& 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。
3 R' c2 K/ B" X9 W0 H { . i! ]1 S# ^! s7 T
3 w) V0 k9 N6 d; E9 J
+ Q* S0 {) s& E$ K+ E
1 L4 g: {2 P: K# ?
7 ^' q$ S Q1 j, u6 P5 U | 
