專利名稱：明渠恒定非均勻流流量監(jiān)測積算方法及裝置的制作方法
(一)技術領域本項發(fā)明是一種根據(jù)實時監(jiān)測的三個過水斷面的水位積算明渠恒定非均勻流流量的方法。專門用于明渠輸水恒定非均勻流(均勻流同樣可用)時的流量實時監(jiān)測。
(二)發(fā)明背景在農(nóng)田灌溉供水中，廣泛采用了明渠輸水。雖然傳統(tǒng)的明渠輸水量水方法較多，但一般用在小型渠道發(fā)生明渠恒定均勻流時，非實時監(jiān)測效果較好。生產(chǎn)運行中，明渠大多發(fā)生恒定非均勻流，此時計量困難精度也很差，有時傳統(tǒng)的量水方法根本無法使用，更談不上實時監(jiān)測了。隨著水資源的緊缺和用水收費的提高，人們對明渠輸水的計量方法提出了高精度和實時性的要求。若采用進口明渠超聲波流量計進行計量，可基本滿足要求，但價格十分昂貴，這種方法及設備在當前和今后較長時間內(nèi)，是農(nóng)田灌溉領域中難以采用和推廣的。除此之外，人們目前對明渠量水尚未找到切實可行的方法。

發(fā)明內(nèi)容本項發(fā)明的目的是根據(jù)明渠恒定非均勻流的特點和水力學原理，借助現(xiàn)代傳感技術和通信技術手段，為上述農(nóng)田灌溉明渠輸水或河道排水管理，提供一種價格低精度高的流量實時監(jiān)測積算方法和系統(tǒng)裝置。
本發(fā)明方法是在需要監(jiān)測流量的渠段上，選取渠道順直、斷面尺寸一致、渠床糙率系數(shù)均勻的一段渠道作為監(jiān)測渠段(10)，在該監(jiān)測渠段上隔相同距離定出三個過水斷面。再用水位傳感器(1)分別實時在線監(jiān)測出這三個過水斷面的水位(深)H1、H2、H3，該水位變量通過屏蔽雙絞線(5)輸送到嵌有積算軟件的流量積算儀(2)上，流量可自動積算。利用儀表面板上的操作鍵可人工置入或修改渠道參數(shù)，儀表可顯示瞬時流量和累積流量值。儀表有通信輸出，可將積算出的流量數(shù)據(jù)通過RS-485總線(6)、遠端處理單元(3)、定向天線(4)發(fā)送到管理機構的工控機內(nèi)。
(四)發(fā)明效果本發(fā)明方法(1)有著嚴謹正確的水力學理論依據(jù)，概念清晰，技術路線正確；(2)所配設備易于購置和安裝維護；(3)系統(tǒng)裝置簡單、價格低廉、便于推廣；(4)系統(tǒng)無活動部件不會被水中漂浮物纏繞失靈，用于灌區(qū)量水自動化程度高，生產(chǎn)效率高，可提高管理水平和降低管理成本；(5)計量精度高實時性強，可推動灌區(qū)節(jié)水灌溉，實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用；(6)該方法及系統(tǒng)裝置的推廣使用，可產(chǎn)生較大的社會效益和經(jīng)濟效益。因此是灌區(qū)明渠現(xiàn)代化量水的一個有效新方法。


圖1為明渠恒定非均勻流流量實時監(jiān)測積算方法及裝置結構平面示意圖。
圖2為明渠恒定非均勻流流量實時監(jiān)測積算方法及裝置結構立面示意圖。
圖中1.水位傳感器，2.流量積算儀，3.遠端處理單元，4.定向天線，5.屏蔽雙絞線，6.RS485總線，7.220V電源，8.大地，9.饋線，10.監(jiān)測渠段。
(六)本發(fā)明最佳實施例本發(fā)明的方法是，先利用三臺水位傳感器分別實時在線監(jiān)測出三個過水斷面的水位(深)H1、H2、H3，然后用嵌入流量積算儀的積算程序作如下積算(1)求出三個過水斷面間的兩個水力坡度J1和J2；(2)根據(jù)三個過水斷面的已知斷面尺寸(底寬b和邊坡m)和實時測出的三個水深h1、h2、h3，求出三個過水斷面值A1、A2、A3和濕周χ1、χ2、χ3；(3)根據(jù)三個過水斷面的A、χ和已知的渠床糙率系數(shù)n求出三個過水斷面的謝才系數(shù)C1、C2、C3；(4)取第一與第二過水斷面、第二與第三過水斷面間的水力要素平均值為 C1、R1和 C2、R2；(5)假定在較短的時間Δt內(nèi)，水流可近似認為是均勻流，從而根據(jù)明渠均勻流公式(Q=AC‾R‾J)]]>算出第一與第二過水斷面間的流量Q1、第二與第三過水斷面間的流量Q2；(6)取Q1與Q2的算術平均值作為該監(jiān)測渠段上的瞬時流量Q，取該流量與時間Δt的乘積Q·Δt作為該監(jiān)測渠段上的累積流量W。
本方法的系統(tǒng)裝置是，利用三個水位傳感器(1)將監(jiān)測到的水位數(shù)據(jù)信號通過屏蔽雙絞線(5)送往嵌有流量積算軟件的流量積算儀(2)，儀表面板上的操作鍵可人工置入或修改渠道水力參數(shù)(b、m、n、k)，儀表顯示屏可顯示已積算出的瞬時流量值Q和累加流量值W。儀表帶有通信輸出，可借助遠端處理單元(3)、定向天線(4)將積算出的流量數(shù)據(jù)從監(jiān)測渠段(10)發(fā)送到渠道管理機構的工控機內(nèi)。
該裝置的線路連接是，水位傳感器(1)通過屏蔽雙絞線(5)與流量積算儀(2)連接；流量積算儀表(2)通過RS-485總線(6)與遠端處理單元(3)連接；遠端處理單元(3)通過天饋線(9)與定向天線(4)連接；流量積算儀(2)和遠端處理單元(3)分別接到220V電源(7)上；水位傳感器(1)裝置在監(jiān)測渠段(10)的岸邊水內(nèi)；水位傳感器(1)、遠端處理單元(3)都要按規(guī)范可靠地與大地(8)接好。
權利要求
1.一種明渠恒定非均勻流流量實時監(jiān)測積算方法，其特征是在需要監(jiān)測流量的渠段上，選取渠道順直、斷面尺寸一致、渠床糙率系數(shù)均勻的渠段，在該監(jiān)測渠段上隔相同距離定出三個過水斷面，再用水位傳感器分別實時監(jiān)測出這三個過水斷面的水位(深)H1、H2、H3，該水位變量可通過線纜或微波信道輸送到特制的流量積算儀或計算機，利用已編好的程序進行如下積算過程(1)先求出三個過水斷面間的兩個水力坡度J1和J2；(2)根據(jù)三個過水斷面的已知斷面尺寸(底寬b和邊坡m)和實時測出的三個水深h1、h2、h3，求出三個過水斷面值A1、A2、A3和濕周x1、x2、x3；(3)根據(jù)三個過水斷面的A、x和已知的渠床糙率系數(shù)n求出三個過水斷面間的謝才系數(shù)C1、C2、C3；(4)取第一與第二過水斷面、第二與第三過水斷面間的水力要素平均值為 C1、R1和 C2、R2；(5)假定在較短的時間Δt內(nèi)，水流可近似認為是均勻流，從而根據(jù)明渠均勻流公式(Q=AC‾R‾J)]]>算出第一與第二過水斷面間的流量Q1、第二與第三過水斷面間的流量Q2；(6)取Q1與Q2的算術平均值作為該監(jiān)測渠段上Δt時間內(nèi)的瞬時流量值Q，取該流量Q與時間Δt的乘積(Q·Δt)作為該監(jiān)測渠段上的累積流量W。
2.一種明渠恒定非均勻流流量實時監(jiān)測積算裝置，主要由水位傳感器(1)、流量積算儀(2)、遠端處理單元(3)和定向天線(4)組成，其特征是利用三臺水位傳感器(1)將監(jiān)測到的水位數(shù)據(jù)信號通過屏蔽雙絞線(5)送往嵌有積算軟件的流量積算儀(2)，儀表借助遠端處理單元(3)、定向天線(4)通過微波信道，將積算出的流量數(shù)據(jù)發(fā)送到渠道管理機構的工控機內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明是一種明渠恒定非均勻流的流量實時監(jiān)測方法及裝置，是在需監(jiān)測流量的渠段上，隔同距離定出三個過水斷面，再用水位傳感器實時在線測出三個斷面的水位H
文檔編號G01F1/704GK1530638SQ0311197
公開日2004年9月22日 申請日期2003年3月13日 優(yōu)先權日2003年3月13日
發(fā)明者馬樹升, 馬承新, 宋志強, 王玉勝, 唐家東, 樊銘京, 胡化坤 申請人:山東農(nóng)業(yè)大學