明渠流量監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1、技術(shù)資料明渠流量監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)北京金水中科科技有限公司201年 10月10日知識共享范文范例指導(dǎo)參考目錄一、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及組成二、明渠流量計(jì)的種類及選型（測流方法及選擇）( 一 ) 、明渠流量計(jì)的種類（明渠測流方法）1、水位法2、流速面積法3、兩種方法的比較( 二 ) 、明渠流量計(jì)的選型（測流方法選擇）1、寬度 20 米以上的寬淺渠道的測流方法選擇2、寬度 20 米以內(nèi)的窄渠道的測流方法選擇三、數(shù)據(jù)傳輸方案四、電源系統(tǒng)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)word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考一、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： 流量計(jì)由水位流速傳感器與終

2、端機(jī)（二次儀表）組成； 監(jiān)控管理軟件安裝于服務(wù)器上。 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。 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。word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考系統(tǒng)組成：明渠流量計(jì)通訊儀器監(jiān)控軟件及服務(wù)器電源系統(tǒng)word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考二、明渠流量計(jì)的種類及選型（測流方法及選擇）（一）明渠流量計(jì)的種類（明渠測流方法）明渠測流方法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的上游（或上、下游）水位并經(jīng)經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)曲線換算成流量來實(shí)現(xiàn)計(jì)量的。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

3、的水位來換算求得的）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)加輔助的工程建筑物的總稱。輔助的工程建筑物主要有：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）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：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)word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考水尺（人工讀數(shù)）一般講如果是自由出流，用一個(gè)上游水位就可通過公式換算或查曲線求得流量，如果是淹沒出流，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

4、流無喉道量水槽3%-5%自由出流閘孔5%自由出流標(biāo)準(zhǔn)斷面10-20%淹沒出流薄壁堰20%淹沒出流寬頂堰25%淹沒出流巴希爾槽25%淹沒出流無喉道量水槽25%淹沒出流閘孔20-30%淹沒出流標(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）word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考2 、流速面積法流速面積法流量計(jì)主要通過測流速及水位來計(jì)算求得流量，主要有：超聲波時(shí)差法測量線流速，分單聲道法與多聲道法。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。）與普通多普勒法（適合寬 20 米內(nèi)渠道）。電磁法測量點(diǎn)流速，分為單點(diǎn)法與多點(diǎn)法。流速儀法測量

5、點(diǎn)流速，人工手動測量。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（一般是手動測量， 比較可靠，現(xiàn)場率定用。）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)word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考流速儀法（一般是手動測量，比較可靠，現(xiàn)場率定用。）3 、兩種方法比較水位法是通過測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)曲線換算成流量來實(shí)現(xiàn)計(jì)量的。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)，量水建筑物會產(chǎn)生水頭損失而影響渠道過水

6、；另一方面當(dāng)量水建筑物下游附近建有閘門等擋水建筑物時(shí)會在量水建筑物處形成淹沒出流，此時(shí)測量精度會大幅下降。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1 米時(shí)，量水建筑物造價(jià)會增加很多，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)系曲線測流時(shí)精度會很低。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是通過測量的水位來換算求得的）與斷面流速來求得流量，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)過去主要以國外產(chǎn)品為主，國內(nèi)幾乎沒有同類產(chǎn)品，因此造價(jià)很高

7、，一般在主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)量的主要設(shè)備。由北京金水中科科技有限公司開發(fā)生產(chǎn)的 HOH-L-01 型超聲波多普勒流量計(jì)，在技術(shù)性能與國外同類產(chǎn)品一樣的情況下，極具價(jià)格優(yōu)勢，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word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考水建筑物的造價(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（測流方法選擇）1、寬度 20 米以上的寬淺渠道的測流方法選擇渠道寬度在 20 米以上時(shí)，水位法誤差會很大，因此只能采用流速面積法測流。可選用的流速面積法目前主要有以

8、下四種方法：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（一般是手動測量，比較可靠，現(xiàn)場率定用。）其中 、需要人工輔助測量，不能在線自動監(jiān)測； 、為目前主要采用的在線監(jiān)測方法。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)相對簡單，目前被廣泛使用。word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考2、寬度 20 米以內(nèi)的窄渠道的測流方法選擇如果水位法能滿足測流要求，則

9、盡量用水位法，原因主要有：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?？煽啃院茫翰皇芩袘腋∥锔蓴_，不易受環(huán)境影響。安裝維護(hù)簡單：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)用隨渠道寬度增加而增不需要加。渠寬限制順直段要求可靠性及安全性精度20 米以內(nèi)沒有前10后5前10后5高一般有些情況下高（如薄壁堰） ，有些很普遍高低（淹沒出流標(biāo)準(zhǔn)斷面）。水頭損失受下游雍水影響造價(jià)有沒有大沒有隨渠寬增大而增大與渠寬沒關(guān)系流速面積法的選型：流速儀一般用于人工手動校核率定測量，不用于自動監(jiān)測，ADCPword 版 整理范文范例指導(dǎo)參考一般用于寬渠道的測量，且價(jià)格很高。一般中小

10、渠道流速面積法的選擇主要三種類型：超聲波時(shí)差法（分單聲道法與多聲道法）如： RISONIC2000（瑞士）超聲波多普勒法如： HOH-L-O1（北京金水中科）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）實(shí)物安裝圖如下圖：安裝示意圖如下：word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考測流原理如下圖：word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考斷面的平均流速等于 =(V1*A1+V2*A2+Vi*Ai+Vn*An)/AVi :第 i 個(gè)流速探頭測量的平均線流速Ai : 第 i 個(gè)分割面積word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考2）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

11、流原理如下圖 :word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考斷面的平均流速 =實(shí)際測速范圍內(nèi)的雜質(zhì)最大概率流速word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考3 ）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:word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考測流原理如下圖：以三點(diǎn)法為例 :斷面的平均流速等于 =(V1 *A1+V2*A2+V3*A3)*K/AVi :Ai :K:第 i 個(gè)流速探頭測量的點(diǎn)流速第 i 個(gè)分割面積模型轉(zhuǎn)換系數(shù)word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考以上三種方法相互比較如下：測速原理均是測出標(biāo)準(zhǔn)斷面上的部分流速來換算為整體斷面的平均流速，其中超聲波時(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)

12、流速探頭會接近甚至露出水面，因此精度不會很高，所以這里只比較以下三種測量方法的精度：超聲波時(shí)差法（多聲道法）電磁法（多點(diǎn)法）超聲波多普勒法從理論上講，三種方法測得的各自測流范圍的流速精度應(yīng)該都是很高的，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)算模型會產(chǎn)生誤差，因此這三種方法的實(shí)際斷面流量測量精度主要是換算模型及公式的精度及校準(zhǔn)精度。從上述測量原理圖中可以看出電磁法（多點(diǎn)法）的實(shí)際測量范圍是點(diǎn)，超聲波時(shí)差法（多聲道法）的實(shí)際測量范圍是線，超聲波多普勒法的實(shí)際測量范圍為面，比較如下圖：word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考從上述測量范圍可以看出，超聲波時(shí)差法（多聲道法）的測量范圍完全包含了電

13、磁法（多點(diǎn)法）的測量范圍，因此前者的精度肯定會比后者高（實(shí)際應(yīng)用中可能后者的測量精度有時(shí)會高于前者，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高于前者。）。所以下面只對超聲波時(shí)差法（多聲道法）與超聲波多普勒法的測量精度及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。測量精度寬淺渠中等渠道窄渠道水質(zhì)安裝價(jià)格可靠性道（渠（5倍水（渠寬水要 求維護(hù)寬5 倍深渠寬深）水深）水深）清水，超聲波時(shí)差水中漂難高中高高一般法（多聲道浮物要法）少渾水，超聲波多水中需易中中一般高很高普勒法有雜質(zhì)或氣泡（對窄渠道（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

14、流量計(jì)相word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考比，當(dāng)水位波動較大時(shí)，前者精度較高，當(dāng)流態(tài)左右岸不均勻時(shí)，后者較高。）如何提高測量精度以上三種測流方法在實(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，因此提高測量精度主要從這幾點(diǎn)入手：（1）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）。如果不滿足這個(gè)要求，水的流態(tài)不會非常平穩(wěn)，會產(chǎn)生測量結(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)是通過現(xiàn)場率定

15、產(chǎn)生的）或調(diào)整安裝位置。（ 2）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)果會有一個(gè)固定的誤差系數(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個(gè)修正系數(shù)。（ 3）數(shù)據(jù)處理方法主要是指在實(shí)際測量過程中現(xiàn)場會有各種干擾（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，如果測量的時(shí)間間隔較大，則這些失真數(shù)據(jù)會對測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，因此需要增加測量時(shí)間間隔密度或?qū)κд鎤ord 版 整理范文范例指導(dǎo)參考數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除或平滑處理。（ 4）校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)時(shí)一定要保證在一段時(shí)間內(nèi)測量斷面處的過流量保持恒定，否則在漲水或落水的過程中同樣的水位會對應(yīng)不同的

16、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)際斷面過流量的準(zhǔn)確值無法獲得時(shí)，可通過對稱法或反向法安裝儀器來抵消系統(tǒng)誤差。三、數(shù)據(jù)傳輸方案通訊方案有四種大類可選：a. 有線方式 : 電纜、光纜b. 無線超短波電臺 :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。word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考四、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

17、電池方式?？紤]蓄電池需一個(gè)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，主要考慮防盜需求，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。word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考五、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，并將依照國家防汛指揮系統(tǒng)工程實(shí)時(shí)水雨情庫表結(jié)構(gòu)制訂的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)水情實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)提供基于 WEB方式的瀏覽、查詢及統(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：自動接收現(xiàn)場設(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 并存儲于

18、相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表中；人工方式導(dǎo)入人工上報(bào)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)；實(shí)時(shí)招測現(xiàn)場數(shù)據(jù)。b. 查詢統(tǒng)計(jì)分析及報(bào)表功能以報(bào)表形式顯示各用水戶的用水流量及累積用水量、各用水戶用水量的對比分析統(tǒng)計(jì)各用水戶的水費(fèi)統(tǒng)計(jì)分析以及相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表等c. 用水戶管理 :系統(tǒng)可自動增加及修改用水戶及相關(guān)測點(diǎn)內(nèi)容；人工輸入用水戶及測點(diǎn)等實(shí)體的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。d. 權(quán)限管理 :系統(tǒng)對不同用戶可設(shè)置不同的使用權(quán)限word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考六、設(shè)備典型配置及預(yù)算一個(gè)流速面積法 流量測點(diǎn)（太陽能供電）的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備配置方案如下表：序號名稱規(guī)格單位數(shù)供貨價(jià)市場報(bào)價(jià)（元）備注量（元）1流速面積法流套1包括流速水位傳感器與量計(jì)HOH-L-01

19、二次儀表21GPRS通訊儀只3太陽能電源套1包括太陽能電池板、 充電電源、電源控制器、word 版 整理范文 范例 指導(dǎo)參考12V120AH免維護(hù)蓄電池4電桿根15避雷器套1保護(hù)設(shè)備及電池6控制箱只17數(shù)據(jù)電纜米208附屬土建設(shè)施處1一個(gè)水位法流量測點(diǎn)（太陽能供電）的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備配置方案如下表：序號名稱規(guī)格單數(shù)供貨價(jià)市場報(bào)價(jià)備注位量1嚴(yán)格地講水位法流量計(jì)包括水位法流量HOH-S-YD套1了量水建筑物。 即水位法流量計(jì)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)處1施附件：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：word 版 整理范文范例指導(dǎo)參考各部件名稱如下：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： 21mm/s 到 10000mm/s。準(zhǔn)確度：測量