明渠流量监测系统设计

明渠流量监测系统方案设计 北京金水中科科技有限公司 201 年 10 月 10 日 目 录 一、系统网络结构及组成 二、明渠流量计的种类及选型（测流方法及选择） (一)、明渠流量计的种类（明渠测流方法） 1、水位法 2、流速面积法 3、两种方法的比较 (二)、明渠流量计的选型（测流方法选择） 1、宽度 20 米以上的宽浅渠道的测流方法选择 2、宽度 20 米以内的窄渠道的测流方法选择 三、数据传输方案 四、电源系统 五、监控管理软件 六、设备典型配置及预算 附件:相关设备性能及技术指标 一、系统网络结构及组成 系统网络结构图： 其中：①流量计由水位流速传感器与终端机（二次仪表）组成； ②监控管理软件安装于服务器上。 ③通讯仪器可选无线通讯设备或有线网络通讯设备。 ④电源系统可采用民用供电系统或太阳能供电系统，也可使用电池供电。 系统组成： ①明渠流量计 ②通讯仪器 ③监控软件及服务器 ④电源系统 二、 明渠流量计的种类及选型（测流方法及选择） （一）明渠流量计的种类（明渠测流方法） 明渠测流方法从原理上可分为两大类：水位法与流速面积法。 水位法是通过测量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并经 经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的。 流速面积法不需修建量水建筑物， 通过测量过水断面面积 （实 际上过水断面面积是通过测量的水位来换算求得的）与断面流速 来求得流量。 1、水位法 水位法流量计实际上是水位计加辅助的工程建筑物的总称。 ·辅助的工程建筑物主要有： 量水槽（巴希尔槽、无喉道量水槽等） 量水堰（薄壁堰、三角堰、宽顶堰等） 标准断面（指顺直的规则断面） 闸孔涵洞 ·水位计主要有： 超声波水位计（接触式式） 超声波水位计（非接触式式） 浮子式水位计 压力式水位计 雷达水位计 磁伸缩水位计 水尺（人工读数） 一般讲如果是自由出流，用一个上游水位就可通过公式换算或查 曲线求得流量，如果是淹没出流，则需要上下游两个水位。在精度方 面，由高向低排列如下： 类型 精度 自由出流薄壁堰 2% 自由出流宽顶堰 3% 自由出流巴希尔槽 3% 自由出流无喉道量水槽 3%-5% 自由出流闸孔 5% 自由出流标准断面 10-20% 淹没出流薄壁堰 20% 淹没出流宽顶堰 25% 淹没出流巴希尔槽 25% 淹没出流无喉道量水槽 25% 淹没出流闸孔 20-30% 淹没出流标准断面 30% （上述精度是渠道小于 5 米且流态较稳时的理论精度，渠道越 宽精度越低） 2、流速面积法 流速面积法流量计主要通过测流速及水位来计算求得流量，主要 有： ①超声波时差法 测量线流速，分单声道法与多声道法。 ②超声波多普勒法 测量局部面流速，分为 ADCP 法（适合宽渠道，有固定与 走航式两种。 ）与普通多普勒法（适合宽 20 米内渠道） 。 ③电磁法 测量点流速，分为单点法与多点法。 ④流速仪法 测量点流速，人工手动测量。 按渠道宽窄具体使用以下方式： ·窄渠道（一般宽度在 20 米以下） ： 普通多普勒法（纵向发射） 精度 2% 时差法流量计 精度 2% 电磁流量计 精度 5% 流速仪法 （一般是手动测量， 比较可靠， 现场率定用。 ） ·宽渠道： 固定 ADCP 法（横向发射） 多普勒走航式明渠流量计 时差法明渠流量计 流速仪法 （一般是手动测量， 比较可靠， 现场率定用。 ） 3、两种方法比较 水位法是通过测量量水建筑物的上游（或上、下游）水位并经 经验公式或实验曲线换算成流量来实现计量的。因此水位法流量 计需要修建量水建筑物，且精度不高，当渠道沿程水头差较小时， 量水建筑物会产生水头损失而影响渠道过水；另一方面当量水建 筑物下游附近建有闸门等挡水建筑物时会在量水建筑物处形成淹 没出流，此时测量精度会大幅下降。水位法一般应用于宽度比较 小或流量比较小的渠道，渠道宽度超过 1 米时，量水建筑物造价 会增加很多，而此时不做量水建筑物直接用渠道的水位流量经验 关系曲线测流时精度会很低。 流速面积法则不需修建量水建筑物， 通过测量过水断面面积 （实 际上过水断面面积是通过测量的水位来换算求得的）与断面流速 来求得流量，并且精度高，且不受下游顶托水的影响。流速面积 法流量计主要有超声波时差法流量计与超声波多普勒法流量计。 由于超声波时差法流量计与超声波多普勒法流量计过去主要以 国外产品为主，国内几乎没有同类产品，因此造价很高，一般在 主要干渠及重要支渠上安装此类产品，斗口很难普及，一般均以 水位法流量计（水位计+量水建筑物）作为斗口计量的主要设备。 由北京金水中科科技有限公司开发生产的 HOH-L-01 型超声 波多普勒流量计，在技术性能与国外同类产品一样的情况下，极 具价格优势，特别是当渠道宽度较大时，其价格低于水位计与量 水建筑物的造价之和， 因此明渠流量计可首选 HOH-L-01 型超声波 多普勒流量计。 （二）明渠流量计的选型（测流方法选择） 1、宽度 20 米以上的宽浅渠道的测流方法选择 渠道宽度在 20 米以上时，水位法误差会很大，因此只能采用流速 面积法测流。可选用的流速面积法目前主要有以下四种方法： ①固定 ADCP 法（横向发射） ②多普勒走航式明渠流量计 ③时差法明渠流量计 ④流速仪法（一般是手动测量，比较可靠，现场率定用。 ） 其中②、④需要人工辅助测量，不能在线自动监测；①、③为目前 主要采用的在线监测方法。 时差法明渠流量计适用于清水，水中汽泡与杂质不宜过多，有单声 道与多声道之分，安装于渠道的两岸，安装精度要求高，维护费用也高， 目前使用比较少。 固定 ADCP 法（横向发射）原理为多普勒法，适用于污水及有汽泡 或杂质的清水，有单探头与多探头之分，安装于渠道单侧，安装维护相对 简单，目前被广泛使用。 2、宽度 20 米以内的窄渠道的测流方法选择 如果水位法能满足测流要求，则尽量用水位法，原因主要有： ①安全性好：其野外防盗防破坏及防淤积性能均优于流速面积法。 ②可靠性好：不受水中悬浮物干扰，不易受环境影响。 ③安装维护简单：不需停水安装与检修。 水位法 流速面积法： 修建量水建筑物 一般需要， 费用随渠道宽度增加而增 加。 不需要 渠宽限制 20 米以内 没有 顺直段要求 前 10 后 5 前 10 后 5 可靠性及安全性 高 一般 精度 有些情况下高（如薄壁堰） ，有些很 低（淹没出流标准断面） 。 普遍高 水头损失 有 没有 受下游雍水影响 大 没有 造价 随渠宽增大而增大 与渠宽没关系 流速面积法的选型： 流速仪一般用于人工手动校核率定测量，不用于自动监测，ADCP 一般用于宽渠道的测量，且价格很高。一般中小渠道流速面积法的选择主 要三种类型： ①超声波时差法（分单声道法与多声道法） 如：RISONIC2000（瑞士） ②超声波多普勒法 如：HOH-L-O1（北京金水中科