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传感智库丨流速面积法测量明渠断面流量 - 声学多普勒流速仪走航式测流时,水流速度过小,船速不宜大于的断面平均流速

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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。

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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。

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一、水断面流量基础公式

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在某一给定的瞬间,水流流经过水断面的水量为:

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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

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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。

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三、流速面积法计算公式

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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:

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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。

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四、流速面积法实测明渠断面流量

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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。

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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。

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五、流速测量设备

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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:

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(1)断面流速测量:

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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;

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(2)测量精度高:

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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;

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(3)结构设计独特:

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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;

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(4)低功耗设计:

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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;

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(5)应用场景广:

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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;

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(6)防护等级高:

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IP68防水防尘等级,可满足各种不同应用场合;

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(7)电路异常保护:

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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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梅子姐姐
活跃在2026-2-8
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