CN109506719A - 一种非平原地区用明渠量水装置及方法 - Google Patents

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龚丽辉
崔延松
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Abstract

本发明提出了一种非平原地区用明渠量水装置，包括斜坡坡地、测量管段、流量测量计；斜坡坡地上设有明渠渠段，测量管段埋设在斜坡坡地内，测量管道包括竖直段、平直段以及连通竖直段与平直段的缓冲段，竖直段竖直布置且竖直段第一端设有与明渠渠段连通的进水口，竖直段第二端与缓冲段连通，平直段倾斜布置且平直段第一端的高度低于其第二端的高度，平直段第一端与缓冲段连通且其第二端设有与明渠渠段连通的出水口，明渠渠段内位于进水口下方位置设有第一水闸；流量测量计安装在平直段上。本发明管道进出口的落差较大，管内流体静压头较大，且所述管道竖向段的水位升高，所述静压头相应增加，不仅防溢流、抗淤积，且对流量变化有自适应的能力。

Description

一种非平原地区用明渠量水装置及方法
技术领域
本发明涉及水流量测量技术领域，尤其涉及一种非平原地区用明渠量水装置及方法。
背景技术
随着经济社会的发展，水资源供需矛盾日益突出，其中“农业用水”占了60％～70％，为了节约用水，政府正推行农业用水监督计划，通过精确计量农业用水，用于农业用水贸易结算,利用价格-需求的杠杆作用,帮助农民合理用水。许多地区修建了长距离大型明渠工程，将水输送到沿途的分水口及下游，各级渠道的量水需要大量设备。
目前的明渠量水设备类型少，实际常用为类型为：量水堰、量水槽和超声流量仪。上述量水设备类型都有各自缺点。量水堰水头损失大，易产生淤积。量水槽对现场施工的要求较高。而固定式的明渠超声流量仪价格昂贵，难以大量安装。超声波流量计，由于受流速瞬时变化影响，其显示数值不稳定，在小流量区流速瞬时变化造成的计量误差率超过6％。而且现有明渠量水设备的精度随时间下降，有研究指出，不同含砂率的灌溉水中的接触式仪表，运行仅500h，误差率都有一定程度变大。非接触式的超声明渠流量计，室外环境下探头的材料老化加快，测量精度长期的稳定性差。
明渠量水装置百分之几的误差，其实是相当可观的，例如一条年输水量30万m3的明渠，所用量水设备示数误差-3％，则年损失水费接近1万立方。
综上，现有明渠量水设施的技术迫切需要改进，以达到下效果：1、设备价格低廉；2、液压损失小；3、设备的耐磨、抗冻、防溢流和抗淤积，从而实现精度长期稳定。
发明内容
基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种非平原地区用明渠量水装置及方法。
本发明提出的一种非平原地区用明渠量水装置，包括斜坡坡地、测量管段、流量测量计；斜坡坡地上设有明渠渠段，测量管段埋设在斜坡坡地内并位于明渠渠段下方，测量管道包括竖直段、平直段以及连通竖直段与平直段的缓冲段，竖直段竖直布置且竖直段第一端设有与明渠渠段连通的进水口，竖直段第二端与缓冲段连通，平直段倾斜布置且平直段第一端的高度低于其第二端的高度，平直段第一端与缓冲段连通且其第二端设有与明渠渠段连通的出水口，明渠渠段内位于进水口下方位置设有第一水闸；流量测量计安装在平直段上用于测量水流速度。
优选的，还包括转换器，转换器与流量测量计连接，用于显示流量测量计测流获得的信息。
优选的，明渠渠段内位于出水口上方位置设有第二水闸。
优选的，流量测量计通过连接法兰安装在平直段上。
优选的，平直段上设有球阀。
优选的，流量测量计为满管流流量计或大通径水表。
一种非平原地区用明渠量水装置的测量方法，包括以下步骤：
S1、闭合第一水闸截断明渠流；
S2、流量测量计对测量管道内的流体进行信息测量并由转换器显示所测得的信息。
本发明提出的一种非平原地区用明渠量水装置，闭合第一水闸，明渠流被截断并从进水口绕行进入测量管段内，测量管段进出口势能差转为静压头，加快通流速度，从而提高防止溢流和抗积淤能力，测量管段的平直段的流态是满管流，流量测量计进行测量并由转换器进行显示测流获得的信息，如瞬时流量、累计流量等。本发明巧妙利用非平原区明渠的大坡度，较短一段管道进出口的落差就会较大，管内流体液压头较大，因此明渠流(重力流)能够转为满管流(压力流)，在管道满管流的部位，安装满管流量计进行量水。本发明应用满管流计量装置，长期精度有保障，成本下降明显；管道进出口的落差较大，管内流体静压头较大，且所述管道竖向段的水位升高，所述静压头相应增加，不仅防溢流、抗淤积，且对流量变化有自适应的能力。
附图说明
图1为本发明提出的一种非平原地区用明渠量水装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种非平原地区用明渠量水装置中平直段的结构示意图；
图3为本发明提出的一种非平原地区用明渠量水装置的远程检测系统的工作流程图。
具体实施方式
参照图1、图2，本发明提出一种非平原地区用明渠量水装置，包括坡度较大的斜坡坡地1、测量管段、流量测量计3和转换器6；其中：
斜坡坡地1上设有明渠渠段4，测量管段埋设在斜坡坡地1内并位于明渠渠段4下方，测量管道2包括竖直段201、平直段202以及连通竖直段201与平直段202的缓冲段203，竖直段201竖直布置且竖直段201第一端设有与明渠渠段4连通的进水口204，竖直段201第二端与缓冲段203连通，平直段202倾斜布置且平直段202第一端的高度低于其第二端的高度，平直段202第一端与缓冲段203连通且其第二端设有与明渠渠段4连通的出水口205。明渠渠段4内位于进水口204下方位置设有第一水闸5，明渠渠段4内位于出水口205上方位置设有第二水闸7。
流量测量计3通过连接法兰9安装平直段202上用于测量水流速度，流量测量计3是任意一种适用的满管流的计量装置，在本实施例中，流量测量计3为满管流流量计或大通径水表。
转换器6与流量测量计3连接，用于显示流量测量计3测流获得的信息，如瞬时流量、累计流量等。
在本实施例中，为了便于系统的安装检测，平直段202上设有球阀8。
本发明提出的一种非平原地区用明渠量水装置，通过闭合第一水闸5，明渠流被截断并从进水口204绕行进入测量管段2内，测量管段2进出口势能差转为静压头，加快通流速度，从而提高防止溢流和抗积淤能力，测量管段2的平直段202的流态是满管流，流量测量计3进行测量并由转换器6进行显示测流获得的信息，如瞬时流量、累计流量等。本发明巧妙利用非平原区明渠的大坡度，较短一段管道进出口的落差就会较大，管内流体液压头较大，因此明渠流(重力流)能够转为满管流(压力流)，在管道满管流的部位，安装满管流量计进行量水。本发明应用满管流计量装置，长期精度有保障，成本下降明显；管道进出口的落差较大，管内流体静压头较大，且所述管道竖向段的水位升高，所述静压头相应增加，不仅防溢流、抗淤积，且对流量变化有自适应的能力，同时，根据实验和仿真的数据，优化设计测量管道2外形，最优化装置的测流、防溢和抗淤积的性能。
本发明还提出一种非平原地区用明渠量水装置的测量方法，包括以下步骤：
S1、闭合第一水闸5截断明渠流，流体从进水口204流入测量管道2；
S2、流量测量计3对测量管道2内的流体进行信息测量并由转换器6显示所测得的信息。
本实施例所述非平原地区用明渠量水装置的测量对象是非平原地貌的明渠流，使用于坡度较大的非平原区域。
流体从进水口流入测量管道，先经过一段竖直布置的竖直段管道，至最低点转入向上倾斜的平直段管道，流体自下而上流出，管道内气体全部排空，流体充满平直段管道，在此段设计量点，使用满管流量计进行测量，理想流体的位能与动能转换关系如下：
ΔH的最大值为所述管道进出口高度差加上所述渠道的深度，当所述管道进出口落差2m且所述渠段渠深1m时，上述方程可知所述管道最大出口流速7.75m/s。
计算临界不淤积流速的常用模型如下：
Durand模型：
Jufin-Lopatin模型：
Zandi模型：
当固体粒径0.3～1.2mm范围内，上述模型预测临界不淤积流速值都小于2.7m/s，本实施例在管道进出口落差2m和渠深1m时，最大出流速度7.75m/s，因此本发明所述的明渠量水系统，抗淤积性能好。综上，该方法自动适应通流流量，且防止溢流和抗淤积能力强。
本实施例所述的测量流量计为电磁流量计，测量无压损，不受流体变化的影响，直管段要求较低，精度等级0.2，量程比可达150：1，埋入地下防止环境和人为损坏，精度可靠寿命长。
转换器和测量流量计的连接形式有一体式和分离式，本发明系统宜采用分离式的表头。
本实施例所述的电磁流量计流量计是一种可以进行逻辑运算并具有一定存贮能力的数字处理系统，以执行控制算法的逻辑计算和数据分析计算。转换器采用先进表面贴装技术和MCU，集成16位高性能CPU，且内置三个积算器：正向流量、反向流量及差值总量。2x16LCD中文显示器，显示累积流量、瞬时流量、正反流量，并具有多种输出：电流、脉冲、数字通讯、HART和自我诊断功能。相关数据接口类型齐全，能够与上位机联络，例如GPRS远程信号传输。
如图3所示，本发明还提出一种非平原地区用明渠量水装置的远程检测系统，包括非平原地区用明渠量水装置、数据采集终端、网路层(GPRS、CMNET、Internet)、应用层(用户端、远程监测中心、在线维护服务)；具体工作流程简述如下：
1、监测现场：利用本发明的量水装置采集明渠流量数据，采集的数据经远程终端(RTU)调制为无线信号；
2、通信网络：GPRS无线传输信息，信息由CMNET网转入Internet传输，连接因特网的设备就能获得量水现场的数据。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非平原地区用明渠量水装置，其特征在于，包括斜坡坡地(1)、测量管段、流量测量计(3)；斜坡坡地(1)上设有明渠渠段(4)，测量管段埋设在斜坡坡地(1)内并位于明渠渠段(4)下方，测量管道(2)包括竖直段(201)、平直段(202)以及连通竖直段(201)与平直段(202)的缓冲段(203)，竖直段(201)竖直布置且竖直段(201)第一端设有与明渠渠段(4)连通的进水口(204)，竖直段(201)第二端与缓冲段(203)连通，平直段(202)倾斜布置且平直段(202)第一端的高度低于其第二端的高度，平直段(202)第一端与缓冲段(203)连通且其第二端设有与明渠渠段(4)连通的出水口(205)，明渠渠段(4)内位于进水口(204)下方位置设有第一水闸(5)；流量测量计(3)安装在平直段(202)上用于测量水流速度。
2.根据权利要求1所述的非平原地区用明渠量水装置，其特征在于，还包括转换器(6)，转换器(6)与流量测量计(3)连接，用于显示流量测量计(3)测流获得的信息。
3.根据权利要求1所述的非平原地区用明渠量水装置，其特征在于，明渠渠段(4)内位于出水口(205)上方位置设有第二水闸(7)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的非平原地区用明渠量水装置，其特征在于，流量测量计(3)通过连接法兰(9)安装在平直段(202)上。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的非平原地区用明渠量水装置，其特征在于，平直段(202)上设有球阀(8)。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的非平原地区用明渠量水装置，其特征在于，流量测量计(3)为满管流流量计或大通径水表。
7.一种如权利要求1-6所述的非平原地区用明渠量水装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、闭合第一水闸(5)截断明渠流；
S2、流量测量计(3)对测量管道(2)内的流体进行信息测量并由转换器(6)显示所测得的信息。
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