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6 A) c) o( u$ y* m. R3 \ 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 u, t! B/ R2 n4 n
$ Y- n; `, `8 u. z! c
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。 7 k$ g# \ ?- G
一、水断面流量基础公式" h" P7 y: q: }7 H5 c7 G8 n* f; m. u
在某一给定的瞬间，水流流经过水断面的水量为：
9 g: J ]" |/ m0 o; T : ~+ j2 ~7 e! j. i$ i$ q$ P! W* o, D) 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：
; }5 }1 a) A3 J$ J6 E0 L5 b; l
`/ T7 S: D$ ~5 E5 V% ] & E( \8 D: F3 l6 ~9 R- s2 L" F
二、流速面积法基本原理# Y5 v: b3 z. L+ O1 y8 I% Q
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。 i5 e/ k9 c R3 s
; `) a+ Z& A" \; R0 Q7 W4 c
三、流速面积法计算公式
3 }, i6 g/ i% T& e- h V: Y$ l$ r 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：
: S4 a- m8 \& D" ]! X0 Z# w
* q Y) L: R1 q" x) f8 z 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。 $ ]4 z5 `/ x% Q: W. a( Z. m
四、流速面积法实测明渠断面流量6 e+ V. V j. W* D+ G0 h+ u) ^
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：
9 b( y+ _ R8 W9 ]9 i e7 _ - D$ H# T; i% m" C6 [' ]# K
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。
8 X( a' z" v7 l! q/ j; f, h/ P. h 3 F2 X* h2 X; n( X1 I* z
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。
& m u2 P$ w" q4 | 五、流速测量设备
0 L! ]2 i \# ~0 W, B 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：
" W! Q$ b2 z6 p （1）断面流速测量： $ I. Q% ]& D- j/ D2 F: G
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； 7 R3 N7 ?+ G* |% l" }/ a2 t
（2）测量精度高： . `; d' C2 g' L! ~; T0 E
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；
4 N9 I7 j' }" Z; |' ~% d) a; a& ~1 p （3）结构设计独特： - k# ^, q6 H0 `. f
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； 0 Q# ?. o. Y0 ~; c% [
（4）低功耗设计： - [4 M' \) N9 Y2 d# L5 o6 o
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；
( H* S3 n/ W) B) k/ Q" _7 J& z （5）应用场景广： " S+ c9 R, u4 R' l* Y+ k( ~: W
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； # N( g, `9 c8 S6 H+ \2 \4 X! |
（6）防护等级高：
" D0 C% G% ~' _4 O7 B7 o IP68防水防尘等级，可满足各种不同应用场合；
/ C: `) G$ s" {9 Y （7）电路异常保护：
' K# ^0 ?+ Y0 ^: c: r- \5 _ 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。
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