BG96825A

BG96825A - Метод за измерване на водни количества в открити канали и устройство за осъществяване на метода

Info

Publication number: BG96825A
Application number: BG96825A
Authority: BG
Inventors: Veselin B Matakiev; Ivan B Denev; Plamen M Machev; Nikolaj S Tsankov
Original assignee: Matakiev; Denev; Machev; Tsankov
Priority date: 1992-08-28
Filing date: 1992-08-28
Publication date: 1994-03-24
Also published as: BG60489B1

Abstract

Методът се използва в селското стопанство, в напоителни системи и деривационни съоръжения, където има свободна водна повърхност. С него се повишава точността при определяне на водното количество. Мето дът е универсален и приложението му не зависи от вида на канала и типа на течението в него, не се изисква проектиране и строителство на специализирани канални участъци или съоръжения. Методът включва определяне на водно количество чрез предварително тариране, състоящо се в измерване при различни водни нива в мерен участък от канала, на скоростта на течението в различни точки от напречното му сечен не и интегрирането й по площта на сечението. Определянето на водното количество включва измерване на водните нива поне в две и повече напречни сечения на течението по дължината на мерния участък на ка нала, след което се създава хидравличен изчислителен модел на неравномерното течение, описващ хидравлично мерния канален участък, образуван между две напречни сечения по дължината на канала. Определян ето на водното количество се осъществява по формула където i е наклон на дъното; и ниво (дълбочина) [м]; с коефициент на шези [mI/2/s]; коефициент

Description

мат. Веселин Бориславов Матакиев инж. Иван Борисов Денев ик. Пламен Методиев Мачев инж. Николай Станчев Цанков

Изобретението се отнася до МЕТОД ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ВОДНИ КОЛИЧЕСТВА В ОТКРИТИ КАНАЛИ с област на приложение за измерване дебит на вода главно в селското стопанство, в напоителни системи и деривационни съоръжения.

Известен е метод за измерване на водни количества в открити канали, познат още като метод за измерване чрез една рейка и по създадена ключова крива, който включва следната последователност от опе рации :

- при различни водни нива в канала се измерват протичащите водни количества, чрез измерване на скоростта в различни точки от напречното сечение на канала и интегрирането й по площта на сечението;

- създава се зависимост между водното ниво и протичащото водно количество, която може да се изрази под формата на т.н. ключова крива, в табличен вид или друг удобен за използване вид;

- посредством една градуирана рейка се мери нивото в съответната точка на измерване и по създадената зависимост се определя водното количество [1].

Недостатък на метода е, че при измерване с него не могат да бъдат отчетени редица фактори (условия, коефициенти), които указват съществено влияние върху точността на меренето, като:

- влиянието на градиента на дълбочината по дължината на канала, на наклона на дъното, както и на изменението на напречното сечение по дължината на канала;

- динамичните характеристики на течението - число на Фрут и С ^др ·;

- установяване посоката на течението, както и се извърши контрол при неточност в отчитане на нивото ;

- отчитане промяната на течението от един тип в друг, например

- смяна на понижителна с подприщителна крива.

В крайна сметка невъзможността да бъдат отчетени упоменатите по-горе фактори с описания метод, води до голяма потенциална грешка в измереното количество, която може да стигне и до 20% от реално протичащото количество

ЗАДАЧА на изобретението е да се създаде МЕТОД ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ВОДНИ КОЛИЧЕСТВА В ОТКРИТИ КАНАЛИ, който да позволява по-точно измерване на дебита, независимо от вида и посоката на течението на водата, позволяващ и автоматичен контрол.

Задачата е решена с метод за измерване на водни количества в открити канали, който включва измерване на протичащите водни количества при различни водни нива в канала, посредством измерване скоростта на потока в различни точки от напречното му сечение и интегрирането на същата площ на сечението.

Съгласно изобретението измерването на водните нива се извършва, примерно с градуирани рейки (1), най-малко в две сечения по дължината на каналния участък (2).

Създава се математически модел на неравномерното течение, от който се извеждат хидравличните коефициенти С и <ί, описващи хидравлично каналния участък idH

g.B dF dX dX

Fr където:

dH

---- - градиент на дълбочината по дължината на участъка dX i - наклон на дъното (фиг.1)

Н - дълбочина (фиг.1)

С - коефициент на Шези < - коефициент на Кориолис

В - ширина на водната повърхност (фиг.2)

Q_H3M - измереното протичащо водно количество g - земно ускорение

F - площ на напречното сечение

Fr - число на Фрут

К - К.С TR - пропускна характеристика на канала

R - хидравличен радиус на сечението на потока

X - координата по дължината на участъка

По-нататък получените от (1) хидравлични коефициенти С и се коригират посредством сплайн функции и действителното водно количество Q се изчислява по формулата:

i - dH/dX

Q= Γ-------------------- ( 2 ) .

1/(C².R) - <t,Β/g.F

Предимствата на изобретението изразяват най-вече в неговата универсалност, т.е. с него могат да се извършват прецизни измервания при равномерно и неравномерно течение, а така също и при т.н. потопено изтичане , като същевременно се отчита и посоката на движение на водата.При това позволява оперативен контрол по време на провеждане на измерването.Позволява бързо внедряване в големи канални мрежи и експлоатация от нискоквалифициран персонал.Методът служи за основа за създаване на автоматизирани системи за управление и контрол на подаването на вода в открити канали.

Изобретението се илюстрира със следния пример и приложените фигури, където :

- на фиг.1 е показан надлъжен разрез на канала с разположение на градуираните рейки за измерване на водното ниво в няколко сечения;

- на фиг.2 - разрез по А-А от фиг.1 - напречен разрез на канала.

Монтират се три градуирани рейки (1) по дължината на открития канал (2) на неравно разстояние една от друга - с разлика над 1,00 м (LI - L2 > 1,00 м) (фиг.1 ) .Рейките (1) могат да бъдат разположени както вертикално, така и по едната страна на канала (2) (фиг.2). Разстоянието между рейките се избира в зависимост от наклона i на дъното на канала (2), желаната точност за измерване на водното коw* личество и съответно точността на градуиране на рейките (1) и начина на отчитането им.Например при наклон на дъното 0,002 и разстояние между рейките L| = 50 m и съответно L.2 = 51 m при грешка на отчитане нивото по рейката 2,5 cm - максималната грешка на наклона от отчета е 2,5%, а при L^=100 m и съответно 1^=101 m - максималната грешка на наклона от отчета е 1,25%.След поставяне на рейките (1) в канала (2) се пуска течност и се определят водните количества Q_H3M при различни нива на течността по един от известните за това методи. В случая за всяко водно ниво се отчита както водното количество Q_H3M, така и

Ъ* водното ниво от трите рейки.Повишаването на точността на измерване на водното количество се извършва чрез увеличаване на разстоянието между рейките, повишаване точността на градуиране или чрез повишаване точността на измерване по рейките.

При отчетените различни водни нива в определени точки на едно напречно сечение се измерва скоростта на течността (например с хидрометрично витло) .Измерените скорости се интерполират със сплайн функции (съобразно граничните условия по намокрения периметър) и се интегрират по напречното сечение.Резултатите са съответните водни количества.

От уравнение (1) се извеждат хидравличните коефициенти С и , които по-нататък, използвайки сплайн функции, се коригират, като се вземат предвид грапавината на леглото на канала, евентуалните промени в напречното сечение, промени в откосите и други геометрични характеристики.Измерва се само водното нива по трите градуирани рейки (1) и с така коригираните хидравлични коефициенти С и 1, заместени в уравнение (2) се получава съответното действително протичащо водно количество Q.

W При реализацията бяха създадени програми за персонален компютър, които автоматизират различни моменти от метода.Обединението им позволява цялостна автоматизация на дейностите свързани с реализацията.Реализацията на метода потвърждава теоретичната оценка на грешката на метода - до 5%, която се явява четири до пет пъти по-малка в сравнение с прототипа.

Claims

1. МЕТОД ЗА ИЗМЕРВАНЕ НА ВОДНИ КОЛИЧЕСТВА В ОТКРИТИ КАНАЛИ, ко- йто включва измерване на протичащите водни-количества при различни водни нива в канала,, посредством измерване скоростта на потока в различни точки от напречното му сечение и интегрирането й по площта на сечението, характеризиращ се с това, че измерването на водните нива се извършва примерно с градуирани рейки (1), най-малко в две сечения по дължината на канала; създава се математически модел на неравномерното течение, от който се извеждат хидравличните коефициенти С и л, описващи хидравлично каналния участък, който по-нататък посредством метода на сплайн функциите се коригират, измерва се само водното ниво по трите рейки и водното количество се __ ... - . - I, изчислява по формулата:

i - dH/dX

Q= _f-----------------1/(C².R) - t.B/g.F където: dH

---- - градиент на дълбочината по дължината на участъка dX i - наклон на.дъното

Н - дълбочина

В - ширина на водната повърхност

Q - протичащо водно количество g - земно ускорение

F - площ на напречното сечение

X - координата по дължината на участъка

2. Метод за измерване, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че математическият модел на течението се създава от уравнението за неравномерно течение в открити канали:

«изн * ‘-С² dF ) dH k² g. В dX dX

1 - Fr където:

t .Q²

Fr = ----- . B - число на Фрут

g.F³

K = K.C FR - пропускна характеристика на канала

3. Метод за измерване съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че при коригирането на хидравличните коефициенти С и d. със сплайн функции, се вземат предвид грапавината на канала, както и промени в напречното сечение, откосите и взаимното им влияние.