CN110984061B - 一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法 - Google Patents
一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,属于水资源治理技术领域,建立小型灌渠测流系统,包括固定模式和动态模式两种工作模式,解决了通过监测泥沙淤积厚度、水位和流速的变化,有效控制除泥沙的工作参数的技术问题,本发明通过感知实际泥沙厚度和水位、流速情况,计算所需提供的振动时长,产生足够的振动力,减少泥沙沉积、固结的机会,利用渠道内水的自然流动性和冲刷管路,加速泥沙的流动。在不影响渠道测流和闸控系统正常工作的情况下,大大提高了泥沙型水渠闸控设备的测流精度和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于水资源治理技术领域,涉及一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法。
背景技术
黄河流域,特别是陕甘宁地区年均降雨量少、水体泥沙含量大,农业灌溉主要依赖纵横联通的各类引水渠道。灌区的渠道分为干、支、斗、垄、毛等5个级别,斗口是落实农业灌溉用水精准计量的关键节点,便于标准化生产加工一体化闸控系统,如400mm×400mm、600mm×600mm、800mm×800mm的标准。目前,澳大利亚潞碧垦是世界上唯一一家拥有提供大规模自流灌溉系统能力的公司,国内主要有清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室对潞碧垦的闸门测控系统进行了技术改造,但改造后的产品在实际应用中的精度和可靠性不尽如人意。主要原因在于没有解决泥沙淤积问题,以至于设备使用一段时间后,淤积的泥沙使得实际水位值偏差大,进而测流不准。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,解决了通过监测泥沙淤积厚度、水位和流速的变化,有效控制除泥沙的工作参数的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,包括如下步骤:
步骤1:建立小型灌渠测流系统,小型灌渠测流系统包括UVSR超声波除泥沙振动单元、泥位计、水位计、冲刷管路和远程采集终端RTU,UVSR超声波除泥沙振动单元包括数个UVSR超声波除泥沙振动器,泥位计和水位计分别用于测量泥位数据、水位数据和水流速数据,泥位计和水位计与远程采集终端RTU通信;
远程采集终端RTU控制UVSR超声波除泥沙振动单元的开启或关闭;
冲刷管路由增压泵、水管和喷嘴组成,增压泵安装在流量测控设备与渠道侧壁之间,直接吸取渠道中的水;喷嘴与增压泵之间通过水管连接,喷嘴用于顺水流方向实施冲刷,加大局部流速,冲走沉积;
步骤2:通过远程采集终端RTU设置UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为固定模式和动态模式;
步骤3:当通过远程采集终端RTU选择UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为固定模式时,UVSR超声波除泥沙振动单元根据以下步骤进行工作:
步骤A1:根据以下公式计算最大清淤时间间隔:
其中,T为清淤工作的时间间隔,t为清淤工作的持续时间,Q为泥沙淤积速度,单位为kg/m/s,r为清淤速度,单位为kg/m/s;
Tmax为计算出的最大清淤时间间隔;
步骤A2:根据最大清淤时间间隔Tmax,考虑振动一定时间造成UVSR超声波除泥沙振动单元自身明显发热的时长阈值T’,设置安全工作时长t和工作间隔T;
步骤A3:远程采集终端RTU根据安全工作时长t和工作间隔T控制UVSR超声波除泥沙振动单元的工作间隔;
步骤4:当通过远程采集终端RTU选择UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为动态模式时,UVSR超声波除泥沙振动单元根据以下步骤进行工作:
步骤B1:设置一个固定参数,固定参数包括一个固定的安全工作时长和一个固定的工作间隔,以固定参数作为初始值开始清淤工作,每次清淤后监测泥沙淤积厚度,根据泥沙变化动态调整时间间隔和持续时间;
步骤B2:如果淤积厚度增加,则在振子连续振动安全时长阈值T’范围内,增加清淤时长和工作频度;
步骤B3:如果淤积厚度为零,则不启动振子和增压泵工作,直到泥沙淤积厚度达到工作要求。
优选的,在执行步骤A1时,水流速度和清淤速度分别由泥位计和水位计测量获得。
优选的,在执行步骤B1时,每次清淤后通过泥位计和水位计监测泥沙淤积厚度。
本发明所述的一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,解决了通过监测泥沙淤积厚度、水位和流速的变化,有效控制除泥沙的工作参数的技术问题,本发明通过由超声波振动单元、泥位计、水位计、冲刷管路等装置组成的自动泥沙清理系统,由先期试验获得所需的基本电能、振子频率等参数,通过感知实际泥沙厚度和水位、流速情况,计算所需提供的振动时长,产生足够的振动力,减少泥沙沉积、固结的机会,利用渠道内水的自然流动性和冲刷管路,加速泥沙的流动。可与渠道水量测控设备集成使用,在不影响渠道测流和闸控系统正常工作的情况下,适时清除泥沙淤积,大大提高了泥沙型水渠闸控设备的测流精度和可靠性。
附图说明
图1为本发明的系统构架图;
图2为冲刷管路结构示意图;
图3为工作流程图。
具体实施方式
如图1-图3所示的一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,包括如下步骤:
步骤1:建立小型灌渠测流系统,小型灌渠测流系统包括UVSR超声波除泥沙振动单元、泥位计、水位计、冲刷管路和远程采集终端RTU,UVSR超声波除泥沙振动单元包括数个UVSR超声波除泥沙振动器,泥位计和水位计分别用于测量泥位数据、水位数据和水流速数据,泥位计和水位计与远程采集终端RTU通信;
UVSR超声波除泥沙振动单元,即Ultrasonic Vibration unit for SedimentRemoval。
本实施例中,UVSR超声波除泥沙振动单元的型号为JMZN-UVSR-1001;
远程采集终端RTU控制UVSR超声波除泥沙振动单元的开启或关闭;
为保证UVSR安全、可靠的工作,需根据实地渠道、水流、含沙量、颗粒大小等情况综合决定工作条件。例如必须当安装自动泥沙清除系统的测流设备底部水位至少在Lz公分时,UVSR的振子工作方能工作;当渠道水位至少在Lc时,才能开启增压泵。
由于不同工作状态,超声波振动单元和增压泵可设置不同的淤积厚度和水位启动阈值。一般情况下,超声波振动单元的淤积厚度阈值 Lz可设置为1cm,水位阈值Lc 可设置为10cm。
冲刷管路由增压泵、水管和喷嘴组成,增压泵安装在流量测控设备与渠道侧壁之间,直接吸取渠道中的水;喷嘴与增压泵之间通过水管连接,喷嘴用于顺水流方向实施冲刷,加大局部流速,冲走沉积;
冲刷管路选用在含泥沙水流中能够正常工作的污水泵、泥浆泵作为增压泵,安装在流量测控设备与渠道侧壁之间,直接吸取渠道中的水,可采用220伏交流电机型或12~36伏直流电机型,加压至0.2~0.5MP。增压泵的安装高度低于渠道底部100mm或以上。水管采用304不锈钢管或不锈钢波纹管,管径不小于25mm。为便于现场增压泵与水管的安装,宜采用活接。
喷嘴采用不锈钢或铜材加工制作,喷水口为平面扇形,角度为45°~60°,高度不小于1~1.5mm,顺水流方向冲刷、加大局部流速,冲走沉积、固结的泥沙。冲刷管路与振动单元配合工作,每次冲刷时间tb为3分钟左右,工作时间间隔Tb可与UVSR的清淤工作的时间间隔Tb相同。
步骤2:通过远程采集终端RTU设置UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为固定模式和动态模式;
步骤3:当通过远程采集终端RTU选择UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为固定模式时,UVSR超声波除泥沙振动单元根据以下步骤进行工作:
步骤A1:根据以下公式计算最大清淤时间间隔:
Tmax为计算出的最大清淤时间间隔;
步骤A2:根据最大清淤时间间隔Tmax,考虑振动一定时间造成UVSR超声波除泥沙振动单元自身明显发热的时长阈值T’,设置安全工作时长t和工作间隔T;
步骤A3:远程采集终端RTU根据安全工作时长t和工作间隔T控制UVSR超声波除泥沙振动单元的工作间隔;
步骤4:当通过远程采集终端RTU选择UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为动态模式时,UVSR超声波除泥沙振动单元根据以下步骤进行工作:
步骤B1:设置一个固定参数,固定参数包括一个固定的安全工作时长和一个固定的工作间隔,以固定参数作为初始值开始清淤工作,每次清淤后监测泥沙淤积厚度,根据泥沙变化动态调整时间间隔和持续时间;
步骤B2:如果淤积厚度增加,则在振子连续振动安全时长阈值T’范围内,增加清淤时长和工作频度;
步骤B3:如果淤积厚度为零,则不启动振子和增压泵工作,直到泥沙淤积厚度达到工作要求。
优选的,在执行步骤B1时,每次清淤后通过泥位计和水位计监测泥沙淤积厚度。
本发明在系统达到初始设置的运行时长条件后,根据系统的工作模式来决定下一轮系统的运行参数。在动态模式中,泥沙淤积的厚度数据被用来优化调整超声波振动单元和增压泵的工作频率和时长,然后进行时钟复位。在固定工作方式中,UVSR和增压泵的工作频率和时长继续采用之前设定的参数值。
本发明系统可与测流闸控设备集成使用,在动态方式下,利用泥位计和水位计,并综合RTU中读取的流速,计算所需提供的工作时长和间隔,提高了泥沙清除的适应性和低功耗控制能力。
本发明提供固定和动态两种方式,可由用户在安装使用前选择,选定后设置基本工作参数,后期如想更换工作方式,只需更换上位机软件,不必更换灌渠中的硬设备,维护方便。
本发明所述的一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,解决了通过监测泥沙淤积厚度、水位和流速的变化,有效控制除泥沙的工作参数的技术问题,本发明通过由超声波振动单元、泥位计、水位计、冲刷管路等装置组成的自动泥沙清理系统,由先期试验获得所需的基本电能、振子频率等参数,通过感知实际泥沙厚度和水位、流速情况,计算所需提供的振动时长,产生足够的振动力,减少泥沙沉积、固结的机会,利用渠道内水的自然流动性和冲刷管路,加速泥沙的流动。可与渠道水量测控设备集成使用,在不影响渠道测流和闸控系统正常工作的情况下,适时清除泥沙淤积,大大提高了泥沙型水渠闸控设备的测流精度和可靠性。
Claims (4)
1.一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤1:建立小型灌渠测流系统,小型灌渠测流系统包括UVSR超声波除泥沙振动单元、泥位计、水位计、冲刷管路和远程采集终端RTU,UVSR超声波除泥沙振动单元包括数个UVSR超声波除泥沙振动器,泥位计和水位计分别用于测量泥位数据、水位数据和水流速数据,泥位计和水位计与远程采集终端RTU通信;
远程采集终端RTU控制UVSR超声波除泥沙振动单元的开启或关闭;
冲刷管路由增压泵、水管和喷嘴组成,增压泵安装在流量测控设备与渠道侧壁之间,直接吸取渠道中的水;喷嘴与增压泵之间通过水管连接,喷嘴用于顺水流方向实施冲刷,加大局部流速,冲走沉积;
步骤2:通过远程采集终端RTU设置UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为固定模式和动态模式;
步骤3:当通过远程采集终端RTU选择UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为固定模式时,UVSR超声波除泥沙振动单元根据以下步骤进行工作:
步骤A1:根据以下公式计算最大清淤时间间隔:
步骤A3:远程采集终端RTU根据安全工作时长t和工作间隔T控制UVSR超声波除泥沙振动单元的工作间隔;
步骤4:当通过远程采集终端RTU选择UVSR超声波除泥沙振动单元的工作方式为动态模式时,UVSR超声波除泥沙振动单元根据以下步骤进行工作:
步骤B1:设置一个固定参数,固定参数包括一个固定的安全工作时长和一个固定的工作间隔,以固定参数作为初始值开始清淤工作,每次清淤后监测泥沙淤积厚度,根据泥沙变化动态调整时间间隔和持续时间;
步骤B2:如果淤积厚度增加,则在振子连续振动安全时长阈值T’范围内,增加清淤时长和工作频度;
步骤B3:如果淤积厚度为零,则不启动振子和增压泵工作,直到泥沙淤积厚度达到工作要求。
2.如权利要求1所述的一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,其特征在于:在执行步骤A1时,水流速度和清淤速度分别由泥位计和水位计测量获得。
3.如权利要求1所述的一种基于小型灌渠测流系统的自动泥沙清除方法,其特征在于:在执行步骤B1时,每次清淤后通过泥位计和水位计监测泥沙淤积厚度。
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