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- m" X0 Q8 C( G& [9 a1 E! p( U 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。 ) S3 h, C; C9 @% o, i+ V+ P
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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。
2 z( r9 z( H& r 一、水断面流量基础公式
% b& O9 U$ X: ] 在某一给定的瞬间,水流流经过水断面的水量为: . N) S0 ]+ F# e
- m" j" }0 ~ ?, Z0 c; u3 ~2 U 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:
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二、流速面积法基本原理
. g& N4 U9 m: Z# k# V 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。 : S) I! R: H+ z1 l) ?" g
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三、流速面积法计算公式, F+ E* `: E7 [+ \: i( x0 ]
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: 6 \! Y3 j& b1 F# I: g0 ]/ R/ s
7 l/ r4 R, h! J& r# u 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。
( ~+ u+ d8 m; z- f" W# j& l3 U. Y 四、流速面积法实测明渠断面流量
1 N9 J0 B# s* o! K& Y7 f 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:
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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 d6 |' F$ Y& Q+ f# ]
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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。
, V; ^( @: z1 q) D0 Y; N3 e4 _ 五、流速测量设备
/ B7 @" M, g1 ]; ?. T 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:
% S! s! @0 u8 f* w/ T& Q4 V' C (1)断面流速测量:
2 R5 t" ~1 J1 j* v6 K. y* e 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;
8 p; a5 z* ~4 ^. O (2)测量精度高:
& a# T1 V3 _1 Z& c' W 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;
- c& `7 m! Z. e8 g (3)结构设计独特:
5 Y5 d" @% |1 t9 V" j4 X, Q5 b m 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;
2 ^( z0 V" A' v. ]1 t2 x4 u; i (4)低功耗设计: 3 l9 L9 K% }/ C+ Y; a& T" Q
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; ! [# m2 n) V- I# P! p8 u' L# l
(5)应用场景广:
0 c) o6 G% j* s1 L( v; s7 o 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; d' n! }- M9 l8 N) ^. R0 h1 R
(6)防护等级高:
, S0 f# u8 F1 W: L( x IP68防水防尘等级,可满足各种不同应用场合;
6 [& }' C- { r6 B2 i3 o% a7 m+ u. d8 \ (7)电路异常保护:
: N: l# {# t+ Y# c" X 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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