CN110332962B - 一种供水渠道分水口流量测算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种供水渠道分水口流量测算方法，包括：确定参照供水管线系统量测不确定性；确定参照供水管线测量参数的量测不确定性；计算糙率相对不确定度；参照供水管线糙率的相对不确定度判断；计算糙率；确定待测供水管线系统量测不确定性；确定待测供水管线测量参数的量测不确定性；计算流量测算的相对不确定度；待测供水管线流量的相对不确定度判断；流量测算。本发明利用参照管线的数据进行糙率相对不确定度计算和判断参照误差是否在允许范围内，通过待测管线的流量相对不确定度的判断和待测管线的测算精度，对管线不做任何打孔、安装额外设备等改动，仅仅利用现成的管线和各种量测仪器的读数，就能够精确的获得流量数据，避免计量误差。

Description

一种供水渠道分水口流量测算方法
技术领域
本发明涉及一种供水渠道分水口流量测算方法，是一种计量方法，是一种通过无损的方式计量液体流量的方法。
背景技术
大型供水渠道的旁侧设置分水口，经地下输水涵洞-调蓄池-供水管线，向自来水厂供水。出于水费公正计量和工程管理需要，供水方和用水方分别在涵洞和管线上安装流量计，互相校对。为方便管线维护检修，供水管线上布设检修井。流量计井与检修井内，管壁上均安装有压力计。
受多方面因素影响，常常出现供水方和用水方计量差异较大的状况，需第三方给出科学公正的分水口流量。常用方法为在管线上安装外夹式超声波流量计。不过，对于一些内衬较厚的管道，因超声波无法有效穿透而方法失效。另一方法为在管道上打孔，安装内插式流速仪。该方法不仅需要破坏管道物理结构的完整性，且费用高昂。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种供水渠道分水口流量测算方法。所述的方法利用管线上已有的流量计，增设压力监测点，间接的精确测算分水口的流量。所述方法不破坏原有管道的物理结构，方便实施，安全经济。
本发明的目的是这样实现的：一种供水渠道分水口流量测算方法，所述的方法使用至少一个与待测供水管线相同的参照供水管线，所述的待测供水管线和参照供水管线的供水渠道分水口系统包括：依次连接的干渠、地下输水涵洞、调蓄池、供水管，所述的供水管上沿供水方向依次设置流量计井和检修井，所述的流量计井中设有流量计井压力计和管线流量计，所述的检修井中设有检修井压力计，所述方法的步骤如下：
步骤1，确定参照供水管线系统量测不确定性：在参照供水管线上，量取供水管径D c 、流量计井压力计的安装高程Z 1c 、检修井压力计的安装高程Z 2c 和两个压力计的水平间距l c ，根据所用测量仪器的精度，确定系统的量测不确定度数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 415096DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 394554DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤2，确定参照供水管线测量参数的量测不确定性：在参照供水管线上，读取管线流量计的读数Q c 、流量计井压力计的读数P 1c 和检修井压力计的读数P 2c ，根据所用测量仪器的精度，确定量测参数的量测不确定度数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 987340DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤3，计算糙率相对不确定度
Figure 382550DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤4，参照供水管线糙率的相对不确定度判断：判断
Figure 259239DEST_PATH_IMAGE008
是否小于糙率相对不确定度阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则增大Q c 并回到步骤2，或者提高所用仪器的精度并回到步骤1；
步骤5，计算糙率n：
Figure 891821DEST_PATH_IMAGE010
；
步骤6：确定待测供水管线系统量测不确定性：在待测供水管线上，量取管径D、流量计井压力计的安装高程Z 1、检修井压力计的安装高程Z 2、两个压力计的水平间距l，根据所用测量仪器的精度，确定量测的不确定度
Figure DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 221171DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 420071DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤7：确定待测供水管线测量参数的量测不确定性：在待测供水管线上，读取流量井压力计的读数P 1、检修井压力计的读数P 2，根据所用测量仪器的精度，确定量测的不确定度
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 901999DEST_PATH_IMAGE016
；
步骤8：计算流量测算的相对不确定度
Figure DEST_PATH_IMAGE017
：
Figure 957680DEST_PATH_IMAGE018
；
步骤9，待测供水管线流量的相对不确定度判断：判断
Figure DEST_PATH_IMAGE019
是否小于流量相对不确定度阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则增大Q并回到步骤7，或者提高所用仪器的精度并回到步骤6；
步骤10，流量测算：流量测算结果为：
Figure 525059DEST_PATH_IMAGE020
。
进一步的，所述的糙率相对不确定度阈值为3-7%。
进一步，所述的流量相对不确定度阈值为3-7%。
本发明产生的有益效果是：本发明利用参照管线的数据进行糙率相对不确定度计算，以获得相对精确的糙率修正，再通过糙率相对不确定度阈值，判断参照误差是否在允许范围内，再通过待测管线的流量相对不确定度的判断，确定待测管线的测算精度，再利用修正的糙率测算流量，获得精确的流量数据。本发明对管线不做任何打孔、安装额外设备等改动，仅仅利用现成的管线和各种量测仪器的读数，就能够精确的获得流量数据，避免计量误差。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的实施例一所述方法所参照或测算的输水管线结构示意图；
图2是本发明的实施例一所述方法的流程图。
具体实施方式
实施例一：
本实施例是一种供水渠道分水口流量测算方法，所述的方法使用至少一个与待测供水管线相同的参照供水管线，所述的待测供水管线和参照供水管线的供水渠道分水口系统包括：依次连接的干渠1、地下输水涵洞2、调蓄池3、供水管4，所述的供水管上沿供水方向依次设置流量计井5和检修井6，所述的流量计井中设有流量计井压力计7和管线流量计8，所述的检修井中设有检修井压力计9，在地下输水涵洞中还设有涵洞流量计10，如图1所示。
大型供水渠道在沿线有许多类型相同的分水口，这些分水口在结构上基本一致，只是根据地形、输水量的不同而做一些具体的修改。由于安装不规范、运行环境变化、仪器故障等原因，使涵洞流量计和管线流量计的读数出现差异。为消除这种差异，本实施例利用分水口结构的类同性，采用了一种比较的方式，利用一个或几个涵洞流量计和管线流量计差异比较小的分水口，作为参考，计算参考管线的糙率相对不确定度，根据糙率相对不确定度判断计算糙率的参数是否准确，对待测管线的糙率进行修正，然后再利用修正后的糙率计算待测管线的流量相对不确定度，并判断影响流量的各个因素的准确程度，再根据判断后的待测管线的影响流量的各个因子计算流量。这种方法考虑了影响管线流量的几个较为重要的因素，如管径、压力差等，因此能够产生比较精确的流量数值。
本实施例所述的大型供水管线是指输水流量在50m3/s以上的供水渠道，如南水北调供水工程之类的供水渠道。
本实施例所述方法的具体步骤如下，流程见图2所示：
步骤1，确定参照供水管线系统量测不确定性：在参照供水管线上，量取供水管径D c 、流量计井压力计的安装高程Z 1c 、检修井压力计的安装高程Z 2c 和两个压力计的水平间距l c ，根据所用测量仪器的精度，确定系统的量测不确定度数据，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 324387DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 660822DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。
本步骤主要是对参照管线的系统量测的不确定性进行计算。所述的系统的不确定性是指分水口一些固有的参数，这些参数是在设计建造过程中就已经确定的，如供水管直径、流量计井和检修井之间的高度差、两个压力计之间的距离等，这些参数可以通过查找原始资料获得，通过这些原始资料即可以计算出系统的相对不确定度数值。
步骤2，确定参照供水管线测量参数的量测不确定性：在参照供水管线上，读取管线流量计的读数Q c 、流量计井压力计的读数P 1c 和检修井压力计的读数P 2c ，根据所用测量仪器的精度，确定量测参数的量测不确定度数据，
Figure 152983DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 394609DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 503289DEST_PATH_IMAGE007
。
本步骤所述的测量参数是指一些在分水口工作过程中的一些变化参数，如分水口的流量，两个压力计的读数等。根据这些读数可以获得参照管线的量测不确定性数值。
步骤3，计算糙率相对不确定度
Figure 146760DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 544243DEST_PATH_IMAGE009
。
本步骤是根据参照供水管线的系统相对不确定度和量测相对不确定度综合考虑，计算出糙率的相对不确定度，以便确定是否可以通过修正的糙率进行相对比较计算。
步骤4，参照供水管线糙率的相对不确定度判断：判断
Figure 273165DEST_PATH_IMAGE008
是否小于糙率相对不确定度阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则增大Q c 并回到步骤2，或者提高所用仪器的精度并回到步骤1。
本步骤所述的糙率相对不确定度阈值是一个根据经验、规范等选定的一个数值，当糙率相对不确定度小于这个阈值时则认为，计算所产生的误差是可以接受的，可以利用该公式中的这些参数进行糙率计算。糙率相对不确定度阈值一般设置在5%左右。
当糙率相对不确定度大于阈值时，为提高精度，增大分水口流量是一个比较简单的方式，但如果流量已经增加到了分水口的最大流量了，只好采取增加各个仪器精度的手段，但增加仪器精度就需要更换精度更高的仪器，这就增加了成本。但即便更换仪器，也只是换装，无需修改管线，成本也比较低。
步骤5，计算糙率n：
Figure 351979DEST_PATH_IMAGE010
。
这一糙率是根据参照分水口管线的一些关键性影响因素而获得的，如压力差、管径、流量等，即考虑了这些因素的影响，也就是考虑了待测分水口管线的影响因素。当然还可以增加更多的影响因素。
步骤6：确定待测供水管线系统量测不确定性：在待测供水管线上，量取管径D、流量计井压力计的安装高程Z 1、检修井压力计的安装高程Z 2、两个压力计的水平间距l，根据所用测量仪器的精度，确定量测的不确定度
Figure 663006DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 434653DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 385292DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure 330114DEST_PATH_IMAGE014
。
从本步骤开始正式进入测量阶段，首先根据待测管线的一些系统固有的因素进行相对不确定性进行计算，这些系统的原始数据也可以通过查找原有设计图纸或在实地进行测量获得。
步骤7：确定待测供水管线测量参数的量测不确定性：在待测供水管线上，读取流量井压力计的读数P 1、检修井压力计的读数P 2，根据所用测量仪器的精度，确定量测的不确定度
Figure 682598DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 438195DEST_PATH_IMAGE016
。
本步骤的计算所需要的这些因素都需要在现场进行具体的测量。各个测量仪器的精度需要通过仪器的说明书或计量评测报告中获得。
步骤8：计算流量测算的相对不确定度
Figure 876130DEST_PATH_IMAGE017
：
Figure 296747DEST_PATH_IMAGE018
。
本步骤综合待测分水口的系统不确定性和量测不确定性的各个因素，计算出流量测算的不确定度，以判断是否可以进行流量测算。
步骤9，待测供水管线流量的相对不确定度判断：判断
Figure 831634DEST_PATH_IMAGE019
是否小于流量相对不确定度阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则增大Q并回到步骤7，或者提高所用仪器的精度并回到步骤6。流量相对不确定阈值一般选在5%左右。
步骤10，流量测算：流量测算结果为：
Figure 945083DEST_PATH_IMAGE020
。
应用举例：
南水北调中线工程干渠下车亭分水口出现了地下输水涵洞与供水管线流量计量差异较大的问题。现采用间接方法测算其流量。
第一步，选取下庄分水口作为参照供水管线，其流量计工作正常，管材与下车亭分水口相同，均为水泥砂浆球墨铸铁管。量取管线的直径D c =1.400m、流量井内压力计的安装高程Z 1c =81.989m、检修井内压力计的安装高程Z 2c =81.988m，两个压力计的间距l c =35.00m，根据所用仪器的精度，确定其测量不确定度
Figure 683363DEST_PATH_IMAGE001
=0.0001m、
Figure 907671DEST_PATH_IMAGE004
=0.01m、
Figure 969168DEST_PATH_IMAGE002
=0.001m和
Figure 315836DEST_PATH_IMAGE003
=0.001m。
第二步，在下庄分水口供水管线上，读取流量计读数Q c =2.323m3/s，流量井内压力计读数P1c=4.231m、检修井内压力计读数P2c=4.177m，根据所用仪器的精度，确定其测量不确定度
Figure 728362DEST_PATH_IMAGE005
=0.029m3/s、
Figure 566481DEST_PATH_IMAGE006
=0.001m和
Figure 748064DEST_PATH_IMAGE007
=0.001m。
第三步，评估糙率辨识的相对不确定度：
Figure 937736DEST_PATH_IMAGE024
。
满足
Figure DEST_PATH_IMAGE025
条件，糙率辨识结果为
Figure 899876DEST_PATH_IMAGE026
。
第四步：在下车亭分水口管线上，量取管径D=1.400m，流量井内压力计的安装高程Z1=55.922m、检修井内压力计的安装高程Z2=55.922m，两个压力计的水平间距l=34.01m，根据所用测量仪器的精度，确定其测量不确定度
Figure 465987DEST_PATH_IMAGE011
=0.0001m、
Figure 580704DEST_PATH_IMAGE012
=0.01m、
Figure 941279DEST_PATH_IMAGE013
=0.001m和
Figure 390714DEST_PATH_IMAGE014
=0.001m。
第五步：在下车亭分水口管线上，读取流量井内压力计读数P1=5.131m、检修井内压力计读数P2=5.043m，根据所用测量仪器的精度，确定其测量不确定度
Figure 760516DEST_PATH_IMAGE015
=0.001m和
Figure 651112DEST_PATH_IMAGE016
=0.001m。
第六步：评估流量测算的相对不确定度：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，
满足
Figure 261216DEST_PATH_IMAGE028
条件，流量测算结果为：
Figure DEST_PATH_IMAGE029
m3/s。
实施例二：
本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于糙率相对不确定度阈值的细化。本实施例所述的糙率相对不确定度阈值为3-7%。
糙率相对不确定度阈值一般设置在5%左右，这是由于根据经验和规范等因素确定。其范围的确定不能太大，也不能太小。太大则精度不足以确定精确的糙率，太小则仪器设备的投入过大，经济上不划算。
实施例三：
本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于流量相对不确定度阈值细化。本实施例所述的流量相对不确定度阈值为3-7%。
流量相对不确定度阈值一般设置在5%左右，这是由于根据经验和规范等因素确定。其范围的确定不能太大，也不能太小。太大则精度不足以确定精确的流量，太小则仪器设备的投入过大，经济上不划算。
最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如分水口的类型、各种仪器的精度，各种公式的运用、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种供水渠道分水口流量测算方法，所述的方法使用至少一个与待测供水管线相同的参照供水管线，所述的待测供水管线和参照供水管线的供水渠道分水口系统包括：依次连接的干渠、地下输水涵洞、调蓄池、供水管，所述的供水管上沿供水方向依次设置流量计井和检修井，所述的流量计井中设有流量计井压力计和管线流量计，所述的检修井中设有检修井压力计，其特征在于，所述方法的步骤如下：
步骤1，确定参照供水管线系统量测不确定性：在参照供水管线上，量取供水管径D c 、流量计井压力计的安装高程Z 1c 、检修井压力计的安装高程Z 2c 和两个压力计的水平间距l c ，根据所用测量仪器的精度，确定系统的量测不确定度数据，
Figure 508312DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 487770DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
步骤2，确定参照供水管线测量参数的量测不确定性：在参照供水管线上，读取管线流量计的读数Q c 、流量计井压力计的读数P 1c 和检修井压力计的读数P 2c ，根据所用测量仪器的精度，确定量测参数的量测不确定度数据，
Figure 267507DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 475765DEST_PATH_IMAGE007
；
步骤3，计算糙率相对不确定度
Figure DEST_PATH_IMAGE008
：
Figure 352455DEST_PATH_IMAGE009
；
步骤4，参照供水管线糙率的相对不确定度判断：判断
Figure 174917DEST_PATH_IMAGE008
是否小于糙率相对不确定度阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则增大Q c 并回到步骤2，或者提高所用仪器的精度并回到步骤1；
步骤5，计算糙率n：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
步骤6：确定待测供水管线系统量测不确定性：在待测供水管线上，量取管径D、流量计井压力计的安装高程Z 1、检修井压力计的安装高程Z 2、两个压力计的水平间距l，根据所用测量仪器的精度，确定量测的不确定度
Figure 252070DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 513287DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
步骤7：确定待测供水管线测量参数的量测不确定性：在待测供水管线上，读取流量井压力计的读数P 1、检修井压力计的读数P 2，根据所用测量仪器的精度，确定量测的不确定度
Figure 995215DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
步骤8：计算流量测算的相对不确定度
Figure 50896DEST_PATH_IMAGE017
：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
步骤9，待测供水管线流量的相对不确定度判断：判断
Figure 805225DEST_PATH_IMAGE017
是否小于流量相对不确定度阈值，如果“是”则进入下一步骤，如果“否”则增大Q并回到步骤7，或者提高所用仪器的精度并回到步骤6；
步骤10，流量测算：流量测算结果为：
Figure 355286DEST_PATH_IMAGE019
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的糙率相对不确定度阈值为3-7%。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的流量相对不确定度阈值为3-7%。
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