[发明专利]明渠流量测定装置和测定方法

说明书

本发明提供了一种明渠均匀流流量测定方法及该测定方法所使用的装置，该方法不同于现有的流体力学计算时装置的物理安装方式，可采用固定式安装，不与水接触；实时测定流量，无需人工参与，可抵抗灾害天气；测量结果周期、流体力学计算方法也与现有的流体力学计算不同，计算过程引入流体动力学特性，提高计算结果的准确度和精度。

技术领域

本发明属于水纹水资源监测技术领域，具体涉及一种明渠流量测定方法。

背景技术

流量的最基本计算方法是平均流速乘以截面积，然后因为截面上各点流速不同，所以必须至少要测定一个流速参考点，并按照特定规则计算截面的流速特性，进而计算出流量。

传统测量水流均匀流流量的方法有经验公式计算法，浮子流量计计算法和走航式流量计算法。

采用经验公式近似计算：由曼宁公式和谢才公式推算Q＝AR^2/3J^1/2/n，其中A为过水截面积，R为水力半径，J为水力梯度，n为糙率。测定时使用水深传感器获得水面深度，根据渠道特性计算过水截面积和水力半径，进而推导出截面流量。

使用浮子流量计计算：浮子流量计本体由一个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的浮子(或称转子)构成。浮子流量计本体用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，并且垂直安装在测量管道上。当流体自下而上流入锥管时，被浮子截流，在浮子上、下游之间产生压力差，浮子在压力差的作用下上升，此时作用在浮子上的力有三个：流体作用在浮子上的动压力、浮子在流体中的浮力、浮子的重力。当锥管垂直安装时，浮子重心与锥管管轴相重合，作用在浮子上的三个力都落在管轴上。当这些力平衡时，浮子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的浮子流量计，浮子大小和形状己经确定，因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知的，是常量，唯有流体对浮子的动压力是随来流大小而变化的。因此当来流变大或变小时，浮子将在其平衡位置上，作向上或向下的移动，当来流重新恒定时，浮子就在新的位置上稳定。对于一台给定的浮子流量计，浮子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。这就是浮子流量计的计量原理。

走航式流量计算：英文名Acoustic Doppler Current Profilers(简称ADCP)即声学多普勒流速剖面仪。它是利用声学多普勒原理研制的目前世界上最先进的河流流速流量实时测量设备。ADCP测验设备实际上包括：ADCP换能器(4个探头)、ADCP操作软件、外接设备(GPS导航、GPS罗经)等3个主要部分组成。利用声学原理，ADCP向水体发射一个(一对或一组)声脉冲，这些声脉冲碰到水体中悬浮的且随水体运动的微粒后产生反射波，并记录发射波与反射波之间的频率改变，这个频率改变即称多普勒频移，可据此频移量计算出水流相对于ADCP的速度。同时，ADCP还向河底发射底跟踪声脉冲，测出ADCP安装平台(测船)的运动速度以及水深，然后将水流相对速度扣除船速得到水流相对大地坐标的绝对速度。水流绝对速度、小船的行驶速度、水深与每组数据测量时间间隔可直接计算出各小块断面的流量；当小船横跨整个断面后，总流量即可通过逐个分块小断面流量累加得到。

目前，使用经验公式或浮子流量计测定算法，测定设备与水长时间接触，容易造成腐蚀和物理损坏，且计算精度不高。使用走航式方法，测量精度高，但是没办法实时获取截面流量；由于需要人员参与，遇到洪涝等情况，不适宜作业，无法获取流量数据。

发明内容

为克服现有技术中各种测量方法存在的问题，本发明提供一种明渠均匀流流量测定方法及该测定方法所使用的装置，该方法不同于现有的流体力学计算时装置的物理安装方式，可采用固定式安装，不与水接触；实时测定流量，无需人工参与，可抵抗灾害天气；测量结果周期、流体力学计算方法也与现有的流体力学计算不同，计算过程引入流体动力学特性，提高计算结果的准确度和精度。

基于此，本发明提供一种明渠均匀流流量测定装置，其包括：GPRS通信设备、水位传感器、流速传感器、计算设备和太阳能电池板；