［摘(zhāi)要］依(yī)據該閘(zhá)涵實(shí)例應(yīng)用數據，借助流量測量實驗分析，超(chāo)聲流(liú)量計 在閘(zhá)涵規範化維護(hù)管理中(zhōng)的應用(yòng)開展專題(tí)探究，參考測得的水(shuǐ)位h和(hé)設定的不同糙率(lǜ)常數n，分(fèn)别利用纜道流速儀、超聲(shēng)流量(liàng)計、洩流曲(qǔ)線查(chá)算以(yǐ)及公式計(jì)算，對流量實施(shī)了多次比(bǐ)測(cè)，從圖表(biǎo)數(shù)據(jù)比測結果看(kàn)出(chū)，四類測量(liàng)結(jié)果相互差别(bié)非(fēi)常(cháng)小，其(qí)中查算洩(xiè)流曲線獲得的流量(liàng)誤差(chà)最大，而纜(lǎn)道流(liú)速儀測量(liàng)和超聲流量計(jì)測量(liàng)的流量最(zuì)爲相近。超聲測(cè)量的(de)水(shuǐ)深與糙(cāo)率拟合性較好(hǎo)，呈現緊(jǐn)密關聯(lián)狀态。由此(cǐ)可(kě)以(yǐ)看出(chū)，涵閘流量(liàng)測量管(guǎn)理應用(yòng)超聲(shēng)流量測量技(jì)術是可(kě)行的，其測量(liàng)精度(dù)完(wán)全滿足(zú)工(gōng)程測(cè)量管(guǎn)理(lǐ)要(yào)求。
　　閘(zhá)涵維(wéi)護管(guǎn)理既(jì)是一個管理學(xué)課題，也是(shì)一個(gè)技術類課題，借(jiè)助技術(shù)手(shǒu)段實(shí)現數(shù)據化(huà)控制、維護和(hé)管理，可(kě)以使(shǐ)閘(zhá)涵(hán)維護(hù)管理更數(shù)據化(huà)、科學化和規範(fàn)化。案例閘涵實例(lì)應用數(shù)據，借(jiè)助具體(tǐ)流量測量實驗分析，對閘涵維(wéi)護(hù)管理應用(yòng)超聲流量(liàng)計測流開(kāi)展專(zhuān)題探究，以爲(wèi)同(tóng)類工程應(yīng)用提(tí)供研究和(hé)技術參考(kǎo)。
1超聲(shēng)流量(liàng)測量原理
　　時下(xià)工程選用的超聲流量計(jì)多爲(wèi)基于速(sù)率(lǜ)差或(huò)多普(pǔ)勒原(yuán)理的(de)超聲(shēng)流量計，利(lì)用逆(nì)水流及順(shùn)水流(liú)超聲(shēng)脈沖(chòng)速率差異測定(dìng)流速(sù)流量。
1.1時差法超聲測定機(jī)理
　　超聲(shēng)測定流(liú)量實質(zhì)上是借(jiè)助超聲(shēng)波測定(dìng)流速(sù)，然後通過(guò)特定計算得到(dào)流量。當向上(shàng)遊(yóu)傳播聲波(bō)時，其波速下(xià)降，向下(xià)遊傳播聲波時，其波速提高。要(yào)測定準确流量，尤其是對(duì)水深(shēn)較大，上下遊流(liú)速差異較大的大型渠道，要求應用(yòng)多層換能(néng)器，以多(duō)聲道測(cè)定方法(fǎ)才能更(gèng)加準确(què)地(dì)測出(chū)流速演變(biàn)量，從(cóng)而準确(què)計(jì)算(suàn)出(chū)流量(liàng)。時差法超聲多聲道(dào)流速測定機(jī)理示意見圖1具體所示。

　　式中(zhōng):θ爲流向與(yǔ)波向夾(jiá)角;l爲聲(shēng)道長度;v爲流速(sù)均值;t爲順逆流時間(jiān)均值;Δt爲順(shùn)逆流的時(shí)間差;i爲聲(shēng)道數(shù);h爲水(shuǐ)深;ki爲聲道加權(quán)積分常數，b=(b1+b2)/2。
1.2多譜(pǔ)勒頻移測流機(jī)理
　　多普勒(lè)頻移(yí)測流是(shì)借助聲(shēng)波多普勒頻移(yí)率測(cè)量而(ér)推算(suàn)出閘涵(hán)流(liú)量的(de)方法。超聲發生器與流體顆粒(lì)間存在着(zhe)相對(duì)運動(dòng)關系(xì)，流速(sù)和相對運動形(xíng)成反射波的多(duō)普勒頻移(yí)現象，在反射波和入(rù)射波間形成差(chà)異(yì)頻(pín)率。測定了(le)這些(xiē)差異(yì)頻率(lǜ)，就能(néng)求解(jiě)出對(duì)應的流速，進而(ér)得到流量(liàng)。爲了(le)更加有效(xiào)地獲(huò)取多普(pǔ)勒(lè)頻移(yí)信号，超(chāo)聲(shēng)多普(pǔ)勒頻移流量計(jì)一般均(jun1)選用收發一(yī)體的換能(néng)器，具體見圖2所示。

　　在(zài)上述頻移流量推(tuī)算(suàn)式中，k=2/(n+1)，c代表介質波傳(chuán)速率;θ爲波(bō)流夾(jiá)角;f0代(dài)表(biǎo)波源波頻;Δf多普(pǔ)勒(lè)均量頻移(yí)，n的取值可(kě)以具(jù)體(tǐ)見(jiàn)表1所(suǒ)示。

2超聲流量計(jì)在李家岸引黃(huáng)閘流量測量實(shí)驗中的應用研究
2.1李(lǐ)家岸引黃(huáng)閘運行現(xiàn)狀
　　李(lǐ)家岸引黃閘位(wèi)處黃泛沖(chòng)積平(píng)原，擔負着附近(jìn)六個縣(市)的引黃灌(guàn)溉及地區(qū)生活和(hé)工業(yè)用(yòng)水任務。該(gāi)閘涵(hán)爲箱(xiāng)式(shì)鋼(gāng)筋混(hùn)凝土(tǔ)構造，全長81m，屬1級建(jiàn)築，3聯9孔(kǒng)，每孔3m淨寬(kuān)，3m淨高(gāo)，校核防(fáng)洪水位(wèi)40．52m，設計防(fáng)洪水位39．52m，設計，胸牆頂高(gāo)度(dù)28．88m，底(dǐ)闆高度25．88m，堤(dī)頂高度41．62m，機(jī)架橋(qiáo)頂高(gāo)度42．00m，閘(zhá)前減(jiǎn)壓平台(tái)高度32．50m，防(fáng)沙閘(zhá)門機架橋高度38．50m，現(xiàn)有(yǒu)堤頂(dǐng)高度39．00m，最高設(shè)計運行水位(wèi)36．29m，設計灌溉(gài)引水位是(shì)28．10m。地方閘管(guǎn)所出(chū)于規範化(huà)管理(lǐ)的需要，已對其上下(xià)遊水位、流(liú)速和流量實施(shī)了超(chāo)聲實(shí)時監(jiān)測，現場(chǎng)數據經(jīng)過線纜傳至監(jiān)控室計算機系(xì)統，然後以微波(bō)技術上傳給黃(huáng)委以及省(shěng)市河(hé)務管理局。
2.2流量(liàng)測量(liàng)實驗
　　實驗(yàn)結合灌區放水(shuǐ)實施.涵(hán)洞閉啓遵循該(gāi)閘(zhá)工程操作(zuò)規(guī)範,流量控制(zhì)在每(měi)秒100m'的(de)标準(zhǔn)範圍(wéi)内,參(cān)考灌區(qū)放(fàng)水一(yī)般規律(lǜ),依照每(měi)秒15m'的級(jí)差(chà)，選取确定每秒100、80.65、50、35、20m'等六(liù)個等(děng)級(jí)實施。最(zuì)小涵(hán)内(nèi)水(shuǐ)深不(bú)低于0.7m,以(yǐ)保障方(fāng)便流(liú)速監測和流量(liàng)計算(suàn)。保持(chí)各涵洞水位基(jī)本一緻(zhì)。糙率又(yòu)稱粗糙常數,一(yī)般以n表示,是反(fǎn)映渠壁(bì)面(miàn)粗糙(cāo)狀态之對水流(liú)影響的(de)一個綜合(hé)常數值(zhí)。粗糙(cāo)常數n跟(gēn)水深、流(liú)量以及渠(qú)槽表面粗糙程(chéng)度密(mì)切相(xiàng)關.如(rú)果水(shuǐ)流挾(jiā)帶泥沙，則(zé)水流(liú)含沙(shā)量大小也對糙(cāo)率n有影響。對案例引黃涵(hán)閘來說,一(yī)定程度存(cún)在床面相對粗糙、斷(duàn)面不規整和水(shuǐ)流含(hán)沙(shā)量相對(duì)大等具體(tǐ)情況(kuàng),所(suǒ)以參(cān)考實測(cè)和相關推(tuī)算,确定最(zuì)小n值在0.035,最(zuì)大n值在0.100。
2.2.1超聲流(liú)量計(jì)安(ān)裝步驟(zhòu)
(1)安裝(zhuāng)主機:主機(jī)安裝(zhuāng)主要注意(yì)電源線和射頻信号(hào)電(diàn)纜的正(zhèng)确接連。連接電(diàn)源線(xiàn)要選(xuǎn)取電(diàn)壓穩定的(de)電源(yuán)，如果電源(yuán)電壓(yā)穩态不(bú)滿足要(yào)求時(shí)，應考慮使(shǐ)用穩壓器(qì)，以确(què)保電(diàn)源電(diàn)壓符(fú)合主機的(de)要求。架設信号電纜,其兩端須(xū)給與(yǔ)一定的識别标(biāo)記,以防(fáng)止(zhǐ)電纜(lǎn)與主(zhǔ)機及換能(néng)器連接時因不易分辨而導緻錯誤(wù)連接(jiē)。
(2)安裝(zhuāng)換能(néng)器:實驗選用時差型超聲波流量計(jì)測定(dìng)流速,測(cè)量探頭(tóu)爲換能(néng)器.每涵(hán)安裝--對洞，與主(zhǔ)機通(tōng)過信(xìn)号電(diàn)纜相(xiàng)連。安(ān)裝換能器重要(yào)的是換能器定(dìng)位,即(jí)找出涵洞兩邊(biān)換能器安(ān)裝的(de)準确(què)部位(wèi),涵洞(dòng)中心線與(yǔ)換能器的聲路夾角(jiǎo)通常都選(xuǎn)取45o,通常選用激(jī)光經(jīng)緯定位(wèi)儀測量(liàng)比較(jiào)準确。換能(néng)器安裝好(hǎo)後,要(yào)準确(què)測出聲路(lù)角、聲路高(gāo)、聲路長等換(huàn)能器現場安(ān)裝(zhuāng)狀态基本(běn)參數。.
(3)安裝超(chāo)聲水位計(jì):不但要有(yǒu)流(liú)速數據(jù),還須掌(zhǎng)握水斷(duàn):面面積,才能實(shí)現超聲(shēng)測(cè)定流量。涵洞斷面(miàn)--般情況(kuàng)下都是确(què)定的,所(suǒ)以(yǐ)隻要(yào)測出(chū)水(shuǐ)面(miàn)高程(chéng),過水斷(duàn)面的面(miàn)積也就(jiù)能通過(guò)計算(suàn)得出(chū)。超聲(shēng)水位計(jì)就(jiù)是用(yòng)來測(cè)定水(shuǐ)面高(gāo)程的。在超聲流(liú)量計(jì)的傳感器(qì)連線正中點的(de)正上方涵洞頂(dǐng)闆，爲(wèi)安裝(zhuāng)超聲(shēng)水(shuǐ)位計的正确(què)位置,見圖(tú)3具體所示。

2.2.2流量(liàng)測量(liàng)方法及步(bù)驟
(1)測(cè)量:在(zài)确定一個(gè)工況組合(hé)後,同(tóng)步實施各種測(cè)量，主(zhǔ)要有(yǒu):設備測流,确定标準流量(liàng);各個洞内(nèi)水位計測(cè)各涵(hán)水位，微機(jī)機(jī)自動推(tuī)算該(gāi)時段的水位均(jun1)值;各(gè)個洞(dòng)内流量計(jì)測定(dìng)流速，微機(jī)自動(dòng)推算測驗(yàn)時段的流(liú)速均值;參(cān)考對應底闆高(gāo)度,各個涵洞觀測出(chū)口和(hé)距離出口3m處的(de)水位,不間斷觀(guān)測或者每1min觀測--次,之後微(wēi)機推(tuī)算(suàn)水深,分别算出一個(gè)測驗時段的水(shuǐ)位(wèi)均值(zhí);與此(cǐ)同時參考(kǎo)對應底闆高度(dù)推算(suàn)水(shuǐ)深。
(2)推算(suàn)各洞流量(liàng):首先(xiān)确定一個糙率(lǜ)常數n,應(yīng)用前述(shù)測定(dìng)的水深數據推算出(chū)各涵(hán)洞的流(liú)量q。與标(biāo)準流量q比(bǐ)較檢測eq,是(shì)否相等。假(jiǎ)如不是相(xiàng)等,則(zé)需(xū)對糙率常數(shù)n進行必要調整(zhěng)。多次(cì)不停觀測(cè)，直到發(fā)現n0始終(zhōng)在一定範圍内(nèi)循(xún)環(huán)變化,則在(zài)其中最終選(xuǎn)取(qǔ)一-個中間(jiān)值供計算所用。
3實驗(yàn)結果分析(xī)
　　參考(kǎo)測得的水位h和(hé)設定的不同糙率常數n,分别利(lì)用纜(lǎn)道流(liú)速儀(yí)、超聲流量計、洩(xiè)流(liú)曲(qǔ)線(xiàn)查算以(yǐ)及公式(shì)計算,對(duì)流量實施了多(duō)次比(bǐ)測。在滿足(zú)士5%允(yǔn)許誤差情況(kuàng)下,選用統計(jì)解析(xī)方法(fǎ)對數據實施篩選處(chù)理,獲(huò)得了滿足實驗(yàn)解析的樣本系列,具(jù)體見(jiàn)表2和(hé)圖(tú)4所示(shì)。借(jiè)助計(jì)算機(jī)對實(shí)驗數據實施拟合計(jì)算,得到了水(shuǐ)深h與(yǔ)糙率常(cháng)數n的拟(nǐ)合曲線(xiàn)，具體見圖(tú)5所示(shì)。

　　從圖表(biǎo)數據比測結(jié)果中(zhōng)看到(dào),四類測量(liàng)結果(guǒ)相互(hù)差别非常(cháng)小,其中查(chá)算洩流曲(qǔ)線(xiàn)獲得的(de)流量誤差(chà)最大,而纜(lǎn)道流速儀(yí)測量和(hé)超(chāo)聲流量計測量(liàng)的流(liú)量最爲(wèi)相近。超聲測(cè)量(liàng)的水深(shēn)與糙(cāo)率拟合性(xìng)較好,呈現緊(jǐn)密(mì)關聯狀态。由此可以看出,涵閘(zhá)流量(liàng)測量管理(lǐ)應(yīng)用超聲(shēng)流量(liàng)測量技術是可(kě)行的(de),其測量精(jīng)度完全(quán)滿(mǎn)足工程測(cè)量(liàng)管理要求。

4結語
　　閘(zhá)涵實例應用數據,借(jiè)助具體(tǐ)流量測定試(shì)驗解析,對(duì)閘涵規範(fàn)化維護管理應用超(chāo)聲流量(liàng)計測流(liú)進行專題(tí)探讨(tǎo)。基本收獲:(1)梳理(lǐ)介紹了超聲流量測量原理;(2)開(kāi)展了應用超聲(shēng)流量(liàng)計進(jìn)行閘(zhá)涵流(liú)量在線自(zì)動化測量;(3)對實(shí)驗結果進行了(le)直方和拟(nǐ)合比(bǐ)對分析。實驗得(dé)出的現實和前瞻性(xìng)判(pàn)斷是:(1)超(chāo)聲(shēng)流(liú)量計可以(yǐ)對引(yǐn)黃涵閘(zhá)進(jìn)行在線自(zì)動化測流(liú)，能夠(gòu)幫助(zhù)工程管理人員(yuán)對(duì)涵(hán)閘運行實(shí)現閘(zhá)門開閉控制和開展數據(jù)實時監測(cè)、存儲和報送;(2)超(chāo)聲流(liú)量測量，其精度誤差(chà)可以控制(zhì)在+5%範圍以内,精(jīng)度滿足(zú)規範管(guǎn)理需要;(3)流量監測(cè)系統數據能(néng)夠一(yī)并傳(chuán)輸到黃委(wěi)和省市專業管理(lǐ)局,并入涵閘(zhá)遠程監控(kòng)系統,涵閘(zhá)數據(jù)管理遠程化、實(shí).時化和(hé)信(xìn)息化質量大幅提升(shēng);(4)可以(yǐ)借助計算機系統的強大(dà)功能,建立實時(shí)涵閘信息數據(jù)庫,自動實施數據備(bèi)份、轉儲功(gōng)能(néng),保障了曆史數據(jù)的安(ān)全性(xìng);對接收(shōu)到的諸種數(shù)據(jù)統(tǒng)計解析,自動生成日、月、年報(bào)表(biǎo),并對(duì)曆史數據(jù)按諸(zhū)多條件實(shí)施查詢、記錄(lù)、修改及打印,應用數據化信(xìn)息(xī)開展規(guī)範化管理的效(xiào)率更(gèng)高,效(xiào)果更(gèng)好;(5)水(shuǐ)流(liú)量實時(shí)監測及信息化處理，可爲涵閘(zhá)按量(liàng)刷卡(kǎ)引(yǐn)水(shuǐ)供水(shuǐ)提供技術發展(zhǎn)空間。

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