明渠流量監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)北京金水中科科技有限企業(yè)10月10日

目錄一、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造及構(gòu)成二、明渠流量計(jì)種類及選型（測流措施及選擇）(一)、明渠流量計(jì)種類（明渠測流措施）1、水位法2、流速面積法3、兩種措施比較(二)、明渠流量計(jì)選型（測流措施選擇）1、寬度20米以上寬淺渠道測流措施選擇2、寬度20米以內(nèi)窄渠道測流措施選擇三、數(shù)據(jù)傳播方案四、電源系統(tǒng)五、監(jiān)控管理軟件六、設(shè)備經(jīng)典配置及預(yù)算附件:有關(guān)設(shè)備性能及技術(shù)指標(biāo)一、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造及構(gòu)成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造圖：其中：①流量計(jì)由水位流速傳感器與終端機(jī)（二次儀表）構(gòu)成；②監(jiān)控管理軟件安裝于服務(wù)器上。③通訊儀器可選無線通訊設(shè)備或有線網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備。=4\*GB3④電源系統(tǒng)可采用民用供電系統(tǒng)或太陽能供電系統(tǒng)，也可使用電池供電。系統(tǒng)構(gòu)成：=1\*GB3①明渠流量計(jì)=2\*GB3②通訊儀器=3\*GB3③監(jiān)控軟件及服務(wù)器=4\*GB3④電源系統(tǒng)明渠流量計(jì)種類及選型（測流措施及選擇）（一）明渠流量計(jì)種類（明渠測流措施）明渠測流措施從原理上可分為兩大類：水位法與流速面積法。水位法是通過測量量水建筑物上游（或上、下游）水位并經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式或試驗(yàn)曲線換算成流量來實(shí)現(xiàn)計(jì)量。流速面積法不需修建量水建筑物，通過測量過水?dāng)嗝婷娣e（實(shí)際上過水?dāng)嗝婷娣e是通過測量水位來換算求得）與斷面流速來求得流量。1、水位法水位法流量計(jì)實(shí)際上是水位計(jì)加輔助工程建筑物總稱。·輔助工程建筑物重要有：量水槽（巴希爾槽、無喉道量水槽等）量水堰（薄壁堰、三角堰、寬頂堰等）原則斷面（指順直規(guī)則斷面）閘孔涵洞·水位計(jì)重要有：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)水尺（人工讀數(shù)）一般講假如是自由出流，用一種上游水位就可通過公式換算或查曲線求得流量，假如是沉沒出流，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%自由出流巴希爾槽3%自由出流無喉道量水槽3%-5%自由出流閘孔5%自由出流原則斷面10-20%沉沒出流薄壁堰20%沉沒出流寬頂堰25%沉沒出流巴希爾槽25%沉沒出流無喉道量水槽25%沉沒出流閘孔20-30%沉沒出流原則斷面30%（上述精度是渠道不不小于5米且流態(tài)較穩(wěn)時(shí)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)重要通過測流速及水位來計(jì)算求得流量，重要有：①超聲波時(shí)差法測量線流速，分單聲道法與多聲道法。②超聲波多普勒法測量局部面流速，分為ADCP法（適合寬渠道，有固定與走航式兩種。）與一般多普勒法（適合寬20米內(nèi)渠道）。③流速儀法測量點(diǎn)流速，人工手動(dòng)測量。④非接觸面流速儀（雷達(dá)流速儀、超聲流速儀）按渠道寬窄詳細(xì)使用如下方式：·窄渠道（一般寬度在20米如下）：一般多普勒法（縱向發(fā)射）精度2%時(shí)差法流量計(jì)精度2%流速儀法（一般是手動(dòng)測量，比較可靠，現(xiàn)場率定用。）非接觸面流速儀·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)測量，比較可靠，現(xiàn)場率定用。）非接觸面流速儀3、兩種措施比較水位法是通過測量量水建筑物上游（或上、下游）水位并經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式或試驗(yàn)曲線換算成流量來實(shí)現(xiàn)計(jì)量。因此水位法流量計(jì)需要修建量水建筑物，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水；另首先當(dāng)量水建筑物下游附近建有閘門等擋水建筑物時(shí)會(huì)在量水建筑物處形成沉沒出流，此時(shí)測量精度會(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渠道，渠道寬度超過1米時(shí)，量水建筑物造價(jià)會(huì)增長諸多，而此時(shí)不做量水建筑物直接用渠道水位流量經(jīng)驗(yàn)關(guān)系曲線測流時(shí)精度會(huì)很低。流速面積法則不需修建量水建筑物，通過測量過水?dāng)嗝婷娣e（實(shí)際上過水?dāng)嗝婷娣e是通過測量水位來換算求得）與斷面流速來求得流量，并且精度高，且不受下游頂托水影響。流速面積法流量計(jì)重要有超聲波時(shí)差法流量計(jì)與超聲波多普勒法流量計(jì)。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)過去重要以國外產(chǎn)品為主，國內(nèi)幾乎沒有同類產(chǎn)品，因此造價(jià)很高，一般在重要干渠及重要支渠上安裝此類產(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)量重要設(shè)備。由北京金水中科科技有限企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)HOH-L-01型多普勒超聲波明渠流量計(jì)，在技術(shù)性能與國外同類產(chǎn)品同樣狀況下，極具價(jià)格優(yōu)勢，尤其是當(dāng)渠道寬度較大時(shí)，其價(jià)格低于水位計(jì)與量水建筑物造價(jià)之和，因此明渠流量計(jì)可首選HOH-L-01型多普勒超聲波明渠流量計(jì)。（二）明渠流量計(jì)選型（測流措施選擇）1、寬度20米以上寬淺渠道測流措施選擇渠道寬度在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流?？蛇x用流速面積法目前重要有如下四種措施：=1\*GB3①固定ADCP法（橫向發(fā)射）=2\*GB3②多普勒走航式明渠流量計(jì)=3\*GB3③時(shí)差法明渠流量計(jì)=4\*GB3④流速儀（一般是手動(dòng)測量，比較可靠，現(xiàn)場率定用。）⑤非接觸面流速儀（雷達(dá)流速儀、超聲流速儀）其中=2\*GB3②、=4\*GB3④需要人工輔助測量，不能在線自動(dòng)監(jiān)測；=1\*GB3①、=3\*GB3③為目前重要采用在線監(jiān)測措施，⑤即可人工測也可在線自動(dòng)監(jiān)測。時(shí)差法明渠流量計(jì)合用于清水，水中汽泡與雜質(zhì)不適宜過多，有單聲道與多聲道之分，安裝于渠道兩岸，安裝精度規(guī)定高，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，合用于污水及有汽泡或雜質(zhì)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)簡樸，目前被廣泛使用。2、寬度20米以內(nèi)窄渠道測流措施選擇假如水位法能滿足測流規(guī)定，則盡量用水位法，原因重要有：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)簡樸：不需停水安裝與檢修。水位法流速面積法：修建量水建筑物一般需要，費(fèi)用隨渠道寬度增長而增長。不需要渠寬限制2米以內(nèi)沒有順直段規(guī)定前10后5前10后5可靠性及安全性高一般精度有些狀況下高（如薄壁堰），有些很低（沉沒出流原則斷面）。普遍高水頭損失有沒有受下游雍水影響大沒有造價(jià)隨渠寬增大而增大與渠寬沒關(guān)系流速面積法選型：流速儀一般用于人工手動(dòng)校核率定測量，不用于自動(dòng)監(jiān)測，ADCP一般用于寬渠道測量，且價(jià)格很高。一般中小渠道流速面積法選擇重要三種類型：①超聲波時(shí)差法流量計(jì)（分單聲道法與多聲道法）如：RISONIC（瑞士）②超聲波多普勒法流量計(jì)如：HOH-L-O1（北京金水中科）③非接觸面流速儀（雷達(dá)流速儀、超聲流速儀）1）．超聲波時(shí)差法流量計(jì)（分單聲道法與多聲道法）實(shí)物安裝圖如下圖：安裝示意圖如下：測流原理如下圖：斷面平均流速等于=(V1*A1+V2*A2+…Vi*Ai+…+Vn*An)/AVi:第i個(gè)流速探頭測量平均線流速Ai:第i個(gè)分割面積2）．超聲波多普勒流量計(jì)實(shí)物安裝圖如下圖:安裝示意圖如下圖:測流原理如下圖:斷面平均流速=實(shí)際測速范圍內(nèi)雜質(zhì)最大概率流速．非接觸面流速儀法（雷達(dá)流速儀、超聲流速儀）前兩種常用措施互相比較如下：測速原理均是測出原則斷面上部分流速來換算為整體斷面平均流速，這里只比較兩種測量措施精度：①超聲波時(shí)差法（多聲道法）②超聲波多普勒法從理論上講，兩種措施測得各自測流范圍流速精度應(yīng)當(dāng)都是很高，都在1%以內(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，因此這兩種措施實(shí)際斷面流量測量精度重要是換算模型及公式精度及校準(zhǔn)精度。從上述測量原理圖中可以看出，超聲波時(shí)差法（多聲道法）實(shí)際測量范圍是線，超聲波多普勒法實(shí)際測量范圍為面，比較如下圖：超聲波時(shí)差法（多聲道法）與超聲波多普勒法測量精度及優(yōu)缺陷進(jìn)行比較。水質(zhì)要求安裝維護(hù)價(jià)格可靠性測量精度寬淺渠道（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）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一般超聲波多普勒法渾水，水中需有雜質(zhì)或氣泡易中中一般高很高（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。）怎樣提高測量精度以上兩種測流措施在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)際測量精度與理論精度（即儀器出廠標(biāo)定精度）肯定會(huì)有一定差距，這重要是由于安裝位置、安裝精度、數(shù)據(jù)處理措施、校準(zhǔn)措施等產(chǎn)生，因此提高測量精度重要從這幾點(diǎn)入手：調(diào)整安裝位置盡量選擇具有原則斷面順直渠道，滿足前10后5規(guī)定（既儀器上游順直段有10倍渠寬，下游順直段有5倍渠寬）。假如不滿足這個(gè)規(guī)定，水流態(tài)不會(huì)非常平穩(wěn)，會(huì)產(chǎn)生測量成果偏大或偏小狀況，這時(shí)就需要進(jìn)行修正，一般是乘以一種修正系數(shù)（該系數(shù)是通過現(xiàn)場率定產(chǎn)生）或調(diào)整安裝位置。提高安裝精度重要為流速探頭安裝角度、位置等與否精確，假如安裝角度發(fā)生偏差，則成果會(huì)有一種固定誤差系數(shù)，這時(shí)候?yàn)樘岣邷y量精度則需要調(diào)整安裝角度或乘以一種修正系數(shù)。數(shù)據(jù)處理措施重要是指在實(shí)際測量過程中現(xiàn)場會(huì)有多種干擾（如正在測量時(shí)有魚在流速探頭附近游過），使個(gè)別數(shù)據(jù)不準(zhǔn)或完全失真，假如測量時(shí)間間隔較大，則這些失真數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)測量成果產(chǎn)生較大影響，因此需要增長測量時(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)措施校準(zhǔn)時(shí)一定要保證在一段時(shí)間內(nèi)測量斷面處過流量保持恒定，否則在漲水或落水過程中同樣水位會(huì)對(duì)應(yīng)不一樣流量，導(dǎo)致校準(zhǔn)系數(shù)成果偏大（落水）或偏?。q水）；另一種要注意是要選擇一種或幾種合適水位附近進(jìn)行校準(zhǔn)，不能選擇極端水位；當(dāng)實(shí)際斷面過流量精確值無法獲得時(shí)，可通過對(duì)稱法或反向法安裝儀器來抵消系統(tǒng)誤差。三、數(shù)據(jù)傳播方案通訊方案有四種大類可選：a.有線方式:電纜、光纜b.無線超短波電臺(tái):230Mc.無線寬帶通訊: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)當(dāng)監(jiān)測現(xiàn)場有民用電時(shí)，可作為首選使用，可充電蓄電池作為備份。由于測流現(xiàn)場多為野外，一般無民用電可用或接電費(fèi)用太高，因此供電基本采用太陽能電源或蓄電池方式?？紤]蓄電池需一種月維護(hù)一次，野外測點(diǎn)多而分散，維護(hù)工作量很大，目前大都采用太陽能供電系統(tǒng)；在采用太陽能電源方式時(shí)，由于野外沒有建筑物可用，重要考慮防盜需求，需要在測點(diǎn)旁豎立電桿以便架設(shè)太陽能板及其他現(xiàn)場設(shè)備。另當(dāng)監(jiān)測傳播設(shè)備均為微功耗時(shí)，可采用一次性鋰電池，可持續(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，安裝于管理站專用服務(wù)器上，并將根據(jù)《國家防汛指揮系統(tǒng)工程實(shí)時(shí)水雨情庫表構(gòu)造》制定有關(guān)原則水情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，同步提供基于WEB方式瀏覽、查詢及記錄等功能。一般具有如下基本功能：a.數(shù)據(jù)采集功能：自動(dòng)接受現(xiàn)場設(shè)備采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)于對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫表中；人工方式導(dǎo)入人工上報(bào)現(xiàn)場數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)招測現(xiàn)場數(shù)據(jù)。b.查詢記錄分析及報(bào)表功能①以報(bào)表形式顯示各用水戶用水流量及累積用水量、②各用水戶用水量對(duì)比分析記錄③各用水戶水費(fèi)記錄分析④以及有關(guān)記錄分析報(bào)表等c.用水戶管理:系統(tǒng)可自動(dòng)增長及修改用水戶及有關(guān)測點(diǎn)內(nèi)容；人工輸入用水戶及測點(diǎn)等實(shí)體有關(guān)屬性數(shù)據(jù)。d.權(quán)限管理:系統(tǒng)對(duì)不一樣顧客可設(shè)置不一樣使用權(quán)限六、設(shè)備經(jīng)典配置及預(yù)算一種流速面積法流量測點(diǎn)（太陽能供電）原則設(shè)備配置方案如下表：序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量供貨價(jià)（元）市場報(bào)價(jià)（元）備注1流速面積法流量計(jì)HOH-L-01套1包括流速水位傳感器與二次儀表2GPRS通訊儀只13太陽能電源套1包括太陽能電池板、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16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1一種水位法流量測點(diǎn)（太陽能供電）原則設(shè)備配置方案如下表：序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量供貨價(jià)市場報(bào)價(jià)備注1水位法流量計(jì)HOH-S-YD套1嚴(yán)格地講水位法流量計(jì)包括了量水建筑物。即水位法流量計(jì)構(gòu)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：有關(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)儀器構(gòu)造圖：各部件名稱如下：1探頭2上位機(jī)（終端機(jī)）3通信電纜4轉(zhuǎn)接線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)場安裝圖如下：技術(shù)指標(biāo)：·流速：

·量程：20mm/s到10000mm/s。

·精確度：測量流速±1%。

·辨別率：1mm/s。·溫度：·量程：0℃到60℃。

·辨別率：0.2℃。

·水位：

·量程：0到10m?！け鎰e率