明渠流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方法設(shè)計(jì)

來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)明渠流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)北京金水中科科技有限公司201年10月10日目錄一、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組成二、明渠流量計(jì)的種類(lèi)及選型（測(cè)流方法及選擇）々 ii；.1/（一）、明渠流量計(jì)的種類(lèi)（明渠測(cè)流方法）—J、'J I? \\1、水位法2、流速面積法3、兩種方法的比較（二卜明渠流量計(jì)的選型（測(cè)流方法選擇）1、寬度20米以上的寬淺渠道的測(cè)流方法選擇2、寬度20米以?xún)?nèi)的窄渠道的測(cè)流方法選擇三、數(shù)據(jù)傳輸方案四、電源系統(tǒng)r?二丁I五、監(jiān)控管理軟件六、設(shè)備典型配置及預(yù)算附件:相關(guān)設(shè)備性能及技術(shù)指標(biāo)一、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖：其中：①流量計(jì)由水位流速傳感器與終端機(jī)（二次儀表）組成;②監(jiān)控管理軟件安裝于服務(wù)器上。③通訊儀器可選無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備或有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。④電源系統(tǒng)可采用民用供電系統(tǒng)或太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，也可使用電池供電。系統(tǒng)組成：①明渠流量計(jì)②通訊儀器③監(jiān)控軟件及服務(wù)器④電源系統(tǒng)＞明渠流量計(jì)的種類(lèi)及選型（測(cè)流方法及選擇）（一）明渠流量計(jì)的種類(lèi)（明渠測(cè)流方法）

v''?I, "，明渠測(cè)流方法從原理上可分為兩大類(lèi)：水位法與流速面積法。水位法是通過(guò)測(cè)量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式\ ^4..1或?qū)嶒?yàn)曲線(xiàn)換算成流量來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量的。流速面積法不需修建量水建筑物，通過(guò)測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（實(shí)際上過(guò)水?dāng)嗝婷娣e是通過(guò)測(cè)量的水位來(lái)?yè)Q算求得的）與斷面流速來(lái)求得流量。1、水位法弋,， \x.||水位法流量計(jì)實(shí)際上是水位計(jì)加輔助的工程建筑物的總稱(chēng)。?輔助的工程建筑物主要有：量水梢（巴希爾梢、無(wú)喉道量水梢等）量水堰（薄壁堰、三角堰、寬頂堰等）標(biāo)準(zhǔn)斷面（指順直的規(guī)則斷面）閘孔涵洞?水位計(jì)主要有:來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)超聲波水位計(jì)（接觸式式）超聲波水位計(jì)（非接觸式式）浮子式水位計(jì)壓力式水位計(jì)雷達(dá)水位計(jì)磁伸縮水位計(jì),（rI_水尺（人工讀數(shù)）一般講如果是自由出流，用一個(gè)上游水位就可通過(guò)公式換算或查曲線(xiàn)求得流量，如果是淹沒(méi)出流，則需要上下游兩個(gè)水位。在精度方面，由高向低排列如下:類(lèi)型 ????..「 精度自由出流薄壁堰 2%自由出流寬頂堰 3%自由出流巴希爾梢 3%自由出流無(wú)喉道量水梢 3%-5%自由出流閘孔 5%自由出流標(biāo)準(zhǔn)斷面 10-20%淹沒(méi)出流薄壁堰 20%淹沒(méi)出流寬頂堰 25%淹沒(méi)出流巴希爾梢 25%淹沒(méi)出流無(wú)喉道量水梢 25%淹沒(méi)出流閘孔 20-30%淹沒(méi)出流標(biāo)準(zhǔn)斷面 30%（上述精度是渠道小于5米且流態(tài)較穩(wěn)時(shí)的理論精度，渠道越寬精度越低）2、流速面積法流速面積法流量計(jì)主要通過(guò)測(cè)流速及水位來(lái)計(jì)算求得流量，主要有：①超聲波時(shí)差法測(cè)量線(xiàn)流速，分單聲道法與多聲道法。②超聲波多普勒法測(cè)量局部面流速，分為ADCP法（適合寬渠道，有固定與走航式Ir°-1| _兩種。）與普通多普勒法（適合寬20米內(nèi)渠道）。③電磁法測(cè)量點(diǎn)流速，分為單點(diǎn)法與多點(diǎn)法。I| |:li,'■/④流速儀法''i|, -"測(cè)量點(diǎn)流速，人工手動(dòng)測(cè)量。按渠道寬窄具體使用以下方式：?窄渠道（一般寬度在20米以下）：普通多普勒法（縱向發(fā)射） 精度2%時(shí)差法流量計(jì) 精度2%電磁流量計(jì) 精度5%流速儀法（一般是手動(dòng)測(cè)量，比較可靠，現(xiàn)場(chǎng)率定用。）,寬渠道：固定ADCP法（橫向發(fā)射）多普勒走航式明渠流量計(jì)時(shí)差法明渠流量計(jì)流速儀法（一般是手動(dòng)測(cè)量，比較可靠，現(xiàn)場(chǎng)率定用。）3、兩種方法比較水位法是通過(guò)測(cè)量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)曲線(xiàn)換算成流量來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)量的。因此水位法流量計(jì)需要修建量水建來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)筑物，且精度不高，當(dāng)渠道沿程水頭差較小時(shí)，量水建筑物會(huì)產(chǎn)生水頭損

失而影響渠道過(guò)水；另一方面當(dāng)量水建筑物下游附近建有閘門(mén)等擋水建筑物時(shí)會(huì)在量水建筑物處形成淹沒(méi)出流，此時(shí)測(cè)量精度會(huì)大幅下降。水位法一般應(yīng)用于寬度比較小或流量比較小的渠道，渠道寬度超過(guò) 1米時(shí)，量水建筑物造價(jià)會(huì)增加很多，而此時(shí)不做量水建筑物直接用渠道的水位流量經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線(xiàn)測(cè)流時(shí)精度會(huì)很低。?Ir~」I_流速面積法則不需修建量水建筑物，通過(guò)測(cè)量過(guò)水?dāng)嗝婷娣e（實(shí)際上過(guò)水?dāng)嗝婷娣e是通過(guò)測(cè)量的水位來(lái)?yè)Q算求得的）與斷面流速來(lái)求得流量，并且精度高，且不受下游頂托水的影響。流速面積法流量計(jì)主要有超聲波時(shí)差法流II1;1II],— Ij量計(jì)與超聲波多普勒法流量計(jì)。.."-'iI, .”由于超聲波時(shí)差法流量計(jì)與超聲波多普勒法流量計(jì)過(guò)去主要以國(guó)外產(chǎn)品

為主，國(guó)內(nèi)幾乎沒(méi)有同類(lèi)產(chǎn)品，因此造價(jià)很高，一般在主要干渠及重要支渠

上安裝此類(lèi)產(chǎn)品，斗口很難普及，一般均以水位法流量計(jì)（水位計(jì)+量水建

筑物）作為斗口計(jì)量的主要設(shè)備。由北京金水中科科技有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的HOH-L-01型超聲波多普勒流量計(jì)，在技術(shù)性能與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品一樣的情況下，極具價(jià)格優(yōu)勢(shì)，特別是當(dāng)渠道寬度較大時(shí)，其價(jià)格低于水位計(jì)與量水建筑物的造價(jià)之和，因此明渠流量計(jì)可首選HOH-L-01型超聲波多普勒流量計(jì)。（二）明渠流量計(jì)的選型（測(cè)流方法選擇）1、寬度20米以上的寬淺渠道的測(cè)流方法選擇渠道寬度在20米以上時(shí)，水位法誤差會(huì)很大，因此只能采用流速面積法測(cè)流?？蛇x用的流速面積法目前主要有以下四種方法：①固定ADCP法（橫向發(fā)射）來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)②多普勒走航式明渠流量計(jì)③時(shí)差法明渠流量計(jì)④流速儀法（一般是手動(dòng)測(cè)量，比較可靠，現(xiàn)場(chǎng)率定用。）其中②、④需要人工輔助測(cè)量，不能在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)；①、③為目前主要采用的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法。時(shí)差法明渠流量計(jì)適用于清水，水中汽泡與雜質(zhì)不宜過(guò)多，有單聲道與多聲道之分，安裝于渠道的兩岸，安裝精度要求高，維護(hù)費(fèi)用也高，目前使用比較少。固定ADCP法（橫向發(fā)射）原理為多普勒法，適用于污水及有汽泡或雜質(zhì)的'ji1|\e■,?清水，有單探頭與多探頭之分，安裝于渠道單側(cè)，安裝維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，目前被廣泛使用。2、寬度20米以?xún)?nèi)的窄渠道的測(cè)流方法選擇

如果水位法能滿(mǎn)足測(cè)流要求，則盡量用水位法，原因主要有：

①安全性好：其野外防盜防破壞及防淤積性能均優(yōu)于流速面積法。②可靠性好：不受水中懸浮物干擾，不易受環(huán)境影響。③安裝維護(hù)簡(jiǎn)單：不需停水安裝與檢修。.—水位法流速面積法：修建用水建筑物1:■一般需要，費(fèi)用隨渠道寬度增加而增加。不rfn要渠寬限制20米以?xún)?nèi)沒(méi)有順直段要求前10后5前10后5可靠性及安全性高精度有些情況卜高（如薄壁堰），有些很低（淹沒(méi)出流標(biāo)準(zhǔn)斷面）。普遍圖水頭損失有沒(méi)有受下游雍水影響大沒(méi)有造價(jià)隨渠寬增大而增大與渠寬沒(méi)關(guān)系流速面積法的選型：流速儀一般用于人工手動(dòng)校核率定測(cè)量，不用于自動(dòng)監(jiān)測(cè)， ADCP一般用于寬渠道的測(cè)量，且價(jià)格很高。一般中小渠道流速面積法的選擇主要三種類(lèi)型：①超聲波時(shí)差法（分單聲道法與多聲道法）如：RISONIC2000（瑞士）*i' II「f②超聲波多普勒法s I,,7■/如：HOH-L-O1（北京金水中科）u !?\\③電磁法（分單點(diǎn)法與多點(diǎn)法）如：LMM-601）.超聲波時(shí)差法（分單聲道法與多聲道法）I1實(shí)物安裝圖如下圖：安裝示意圖如下：測(cè)流原理如下圖：斷面的平均流速等于=（V1*A1+V2*A2+ -Vi*Ai+-+Vn*An）/AIIVi:第i個(gè)流速探頭測(cè)量的平均線(xiàn)流速Ai:第i個(gè)分割面積.超聲波多普勒法實(shí)物安裝圖如下圖：安裝示意圖如下圖：測(cè)流原理如下圖斷面的平均流速=實(shí)際測(cè)速范圍內(nèi)的雜質(zhì)最大概率流速.電磁法（分單點(diǎn)法與多點(diǎn)法）實(shí)物安裝圖如下圖：安裝示意圖如下圖： 測(cè)流原理如下圖：以三點(diǎn)法為例：?I|——1I_斷面的平均流速等于=（V1*A1+V2*A2+V3*A3）*K/AVi:第i個(gè)流速探頭測(cè)量的點(diǎn)流速Ai:第i個(gè)分割面積K:模型轉(zhuǎn)換系數(shù)以上三種方法相互比較如下：IjI,'：j//測(cè)速原理均是測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)斷面上的部分流速來(lái)?yè)Q算為整體斷面的平均流速，其--7J/，!J i'I中超聲波時(shí)差法的單聲道法與電磁法的單點(diǎn)法在渠道水位變化時(shí)流速探頭會(huì)接近甚至露出水面，因此精度不會(huì)很高，所以這里只比較以下三種測(cè)量方法的精度：①超聲波時(shí)差法（多聲道法）②電磁法（多點(diǎn)法）③超聲波多普勒法從理論上講，三種方法測(cè)得的各自測(cè)流范圍的流速精度應(yīng)該都是很高的，都在1%以?xún)?nèi)，關(guān)鍵是換算為斷面整體平均流速時(shí)其計(jì)算模型會(huì)產(chǎn)生誤差， 因此這三種11方法的實(shí)際斷面流量測(cè)量精度主要是換算模型及公式的精度及校準(zhǔn)精度。從上述測(cè)量原理圖中可以看出電磁法（多點(diǎn)法）的實(shí)際測(cè)量范圍是點(diǎn)，超聲波時(shí)差法（多聲道法）的實(shí)際測(cè)量范圍是線(xiàn)，超聲波多普勒法的實(shí)際測(cè)量范圍為面，比較如下圖：從上述測(cè)量范圍可以看出，超聲波時(shí)差法（多聲道法）的測(cè)量范圍完全包含了電磁法（多點(diǎn)法）的測(cè)量范圍，因此前者的精度肯定會(huì)比后者高（實(shí)際應(yīng)用中可能后者的測(cè)量精度有時(shí)會(huì)高于前者，這主要是由于安裝位置、安裝精度、校準(zhǔn)方法等引起的，如果在同樣的位置并采用同樣的安裝精度及校準(zhǔn)方法，后者的精度肯定不會(huì)高于前者。）。所以下面只對(duì)超聲波時(shí)差法（多聲道法）與超聲波多普勒法的測(cè)量精度及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。水質(zhì)要求安裝維護(hù)價(jià)格可靠性測(cè)量精度寬淺渠道（渠寬〉5倍水深）中等渠道（5倍水深》渠寬》水深）窄渠道（渠寬〈水深）1.1I111 1I超聲波時(shí)差法（多聲道法）清水，水中漂浮物要少難高中高高11超聲波多普勒法渾水，水中需后雜質(zhì):或氣泡易||11中中高很高（對(duì)窄渠道（一般寬度在20米一下）多普勒法（縱向發(fā)射）流量計(jì)與時(shí)差法流量計(jì)相比，當(dāng)水位波動(dòng)較大時(shí)，前者精度較高，當(dāng)流態(tài)左右岸不均勻時(shí)，后者較高。）如何提高測(cè)量精度以上三種測(cè)流方法在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)際測(cè)量精度與理論精度（即儀器出廠標(biāo)定精度）肯定會(huì)有一定的差距，這主要是由于安裝位置、安裝精度、數(shù)據(jù)處理方法、校準(zhǔn)方法等產(chǎn)生的，因此提高測(cè)量精度主要從這幾點(diǎn)入手：來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)調(diào)整安裝位置盡量選擇具有標(biāo)準(zhǔn)斷面的順直渠道，滿(mǎn)足前10后5的要求（既儀器上游順直段有10倍渠寬，下游順直段有5倍渠寬）。如果不滿(mǎn)足這個(gè)要求，水的流態(tài)不會(huì)非常平穩(wěn)，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果偏大或偏小的情況，這時(shí)就需要進(jìn)行修正，一般是乘以一個(gè)修正系數(shù)（該系數(shù)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)率定產(chǎn)生的）或調(diào)整安裝位置。TOC\o"1-5"\h\zIr--1| -提高安裝精度主要為流速探頭的安裝角度、位置等是否準(zhǔn)確，如果安裝角度發(fā)生偏差，則結(jié)果會(huì)有一個(gè)固定的誤差系數(shù)，這時(shí)候?yàn)樘岣邷y(cè)量精度則需要調(diào)iI1I|" 1"h./.■/整安裝角度或乘以一個(gè)修正系數(shù)。:一一f、j' 7 "、i,「i 1|數(shù)據(jù)處理方法主要是指在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有各種干擾（如正在測(cè)量時(shí)有魚(yú)在\ _1流速探頭附近游過(guò)），使個(gè)別數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或完全失真，如果測(cè)量的時(shí)間間隔較大，則這些失真數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響， 因此需要增加測(cè)量時(shí)間間隔密度或?qū)κд鏀?shù)據(jù)進(jìn)行刪除或平滑處理。校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)時(shí)一定要保證在一段時(shí)間內(nèi)測(cè)量斷面處的過(guò)流量保持恒定， 否則在漲水或落水的過(guò)程中同樣的水位會(huì)對(duì)應(yīng)不同的流量，造成校準(zhǔn)系數(shù)結(jié)果偏大（落水）或偏?。q水）；另一個(gè)要注意的是要選擇一個(gè)或幾個(gè)合適的水位附近進(jìn)行校準(zhǔn)，不能選擇極端水位；當(dāng)實(shí)際斷面過(guò)流量的準(zhǔn)確值無(wú)法獲得時(shí)，可通過(guò)對(duì)稱(chēng)法或反向法安裝儀器來(lái)抵消系統(tǒng)誤差。三、數(shù)據(jù)傳輸方案通訊方案有四種大類(lèi)可選：來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)a.有線(xiàn)方式：電纜、光纜b.無(wú)線(xiàn)超短波電臺(tái)：230Mc.無(wú)線(xiàn)寬帶通訊：CANPYd.公網(wǎng)通訊：GPRS、GSM考慮造價(jià)及維護(hù)費(fèi)用，一般首選公網(wǎng)通訊。四、電源系統(tǒng)%(r—|I_當(dāng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)有民用電時(shí)，可作為首選使用，可充電蓄電池作為備份。由于測(cè)流現(xiàn)場(chǎng)多為野外，一般無(wú)民用電可用或接電費(fèi)用太高，因此供電基本采用太陽(yáng)能電源或蓄電池方式?？紤]蓄電池需一個(gè)月維護(hù)一次，野外測(cè)點(diǎn)多而分散，II],— bI維護(hù)工作量很大，目前大都采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)；在采用太陽(yáng)能電源方式時(shí)，由于''?I. .，野外沒(méi)有建筑物可用，主要考慮防盜需求，需要在測(cè)點(diǎn)旁豎立電桿以便架設(shè)太陽(yáng)能板及其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。另當(dāng)監(jiān)測(cè)傳輸設(shè)備均為微功耗時(shí)，可采用一次性鋰電池，可連續(xù)工作一年以上。五、監(jiān)控管理軟件監(jiān)控管理軟件一般為網(wǎng)絡(luò)版，安裝于管理站專(zhuān)用服務(wù)器上，并將依照《國(guó)家防汛指揮系統(tǒng)工程實(shí)時(shí)水雨情庫(kù)表結(jié)構(gòu)》制訂的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)水情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)提供基于WEB方式的瀏覽、查詢(xún)及統(tǒng)計(jì)等功能。一般具有以下基本功能：a.數(shù)據(jù)采集功能：自動(dòng)接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)于相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表中；人工方式導(dǎo)入人工上報(bào)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)招測(cè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。b.查詢(xún)統(tǒng)計(jì)分析及報(bào)表功能①以報(bào)表形式顯示各用水戶(hù)的用水流量及累積用水量、②各用水戶(hù)用水量的對(duì)比分析統(tǒng)計(jì)③各用水戶(hù)的水費(fèi)統(tǒng)計(jì)分析④以及相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表等c.用水戶(hù)管理：系統(tǒng)可自動(dòng)增加及修改用水戶(hù)及相關(guān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)容;人工輸入用水戶(hù)及測(cè)點(diǎn)等實(shí)體的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。d.權(quán)限管理：系統(tǒng)對(duì)不同用戶(hù)可設(shè)置不同的使用權(quán)限六、設(shè)備典型配置及預(yù)算一個(gè)流速面積法流量測(cè)點(diǎn)（太陽(yáng)能供電）的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備配置方案如下表:II;1序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格單位數(shù)量供貨價(jià)（元）市場(chǎng)報(bào)價(jià),1'j.J「 11乙/J i11（元）備注1流速面積法流量計(jì)HOH-L-01套1ii包括流速水位傳感器與二次儀表2GPRS通訊儀只13太陽(yáng)能電源1套1包括太陽(yáng)能電池板、充電電源、電源控制器、12V120AH免維護(hù)蓄電池4電桿根15避雷器套1

6控制箱只1保護(hù)設(shè)備及電池7數(shù)據(jù)電纜米208附屬土建設(shè)施處1一個(gè)水位法流量測(cè)點(diǎn)（太陽(yáng)能供電）的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備配置方案如下表:序號(hào)名稱(chēng)規(guī)格單位數(shù)量供貨價(jià)市場(chǎng)報(bào)價(jià)備注乙 111水位法流量計(jì)HOH-S-YD套11嚴(yán)格地講水位法流量計(jì)包111i,I1 /Pl括了量水建筑物。即水位法流量計(jì)的組成是：水位傳感器+積算（二次儀表）+量水建筑物量水建筑物處12GPRS通訊儀只3太陽(yáng)能電源套14電桿根15避雷器套06控制箱只1保護(hù)設(shè)備及電池7數(shù)據(jù)電纜米8附屬土建設(shè)施處1附件：相關(guān)設(shè)備性能及技術(shù)指標(biāo)1、HOH-L-01多普勒超聲波明渠流量計(jì)儀器結(jié)構(gòu)圖：?Ir--1| _各部件名稱(chēng)如下：1探頭2上位機(jī)（終端機(jī)）3通信電纜4轉(zhuǎn)接線(xiàn)其中探頭安裝于渠道底部，上位機(jī)置于控制箱與通訊設(shè)備相連，現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如下:TOC\o"1-5"\h\zI,1 | ■\\b1/.//技術(shù)指標(biāo)：JJ ?F、■|—?7/7n /??流速：????????量程：21mm/s至U10000mm/s。\ J??????? ?準(zhǔn)確度：測(cè)量流速的±2%。?????????分辨率：1mm/s。?溫度：?量程：0c至IJ60C。M'j ^^x.ji?????????分辨率：0.2C。、二'11????水位：量程：0.1到10m。分辨率：1mm。準(zhǔn)確度：測(cè)量水位的±1%。????