CN217637479U

CN217637479U - 一种渠道的量测水系统

Info

Publication number: CN217637479U
Application number: CN202221908765.1U
Authority: CN
Inventors: 高建新; 钟杰敏; 李春华; 张建强; 李惠君; 刘洪滨
Original assignee: Xinjiang Yunzhirun Technology Co ltd
Current assignee: Xinjiang Yunzhirun Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-22
Filing date: 2022-07-22
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2032-07-22

Abstract

本实用新型提供一种渠道的量测水系统，属于量测水技术领域，预先将待测渠道的流量监测断面调整为矩形断面；量测水系统包括稳流装置，位于待测渠道的矩形断面的一侧；稳流装置上开设有进水口及出水口，稳流装置通过进水口及出水口与待测渠道连通；量水装置，设置在待测渠道对应稳流装置的顶端，用于测量稳流装置中的水位。提高了渠道过水流量测量的准确度。量测水时，稳流装置中的水面较平稳，通过测量稳流装置中的水位，进一步提高测量精度。

Description

一种渠道的量测水系统

技术领域

本实用新型涉及量测水技术领域，特别是涉及一种渠道的量测水系统。

背景技术

随着灌区对量水技术及设备需求日益强烈，当前灌区量测水市场上量测水新技术、新方法、新设备层出不穷，原理各不相同，各有其适用范围。对于灌区运行的一些坡度较缓、水深较大的渠道，采用部分量测水技术及设备常会出现阻水、水流溢堤等情况。此种情况下常在已修建好成型的渠道上布设超声波、雷达等液位传感器测量流过渠道的灌溉水水深，通过事先在该渠道量测断面率定好的水位流量关系曲线，查出相对应通过渠道的水流量。

因渠道修建时须根据当地地质、地形、气候特点、衬砌材料来源的方便程度及修建渠道的投入成本高低，综合考虑采用适宜的渠道断面形式及衬砌材料修建渠道，因此当渠道断面采用梯形断面、U型断面等断面以及浆砌石衬砌时就会出现率定水位流量关系难度大、准确率低等问题。

基于上述问题，亟需一种新的量测水系统以提高测量渠道过水流量的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种渠道的量测水系统，可提高测量渠道过水流量的准确性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种渠道的量测水系统，包括：

稳流装置，位于待测渠道的矩形断面的一侧；所述稳流装置上开设有进水口及出水口，所述稳流装置通过进水口及出水口与所述待测渠道连通；预先将所述待测渠道的流量监测断面调整为矩形断面；

量水装置，设置在所述待测渠道对应所述稳流装置的位置，用于测量所述稳流装置中的水位。

可选地，所述矩形断面包括小流量监测断面及大流量监测断面，所述大流量监测断面的下部设有小流量监测断面。

可选地，所述小流量监测断面及所述大流量监测断面的底坡均为陡坡。

可选地，所述渠道的量测水系统还包括：

拦污栅，设置在所述稳流装置的进水口处，用于过滤水中的漂浮物。

可选地，所述稳流装置包括：不锈钢涵管、竖管、第一稳水闸及第二稳水闸；

所述不锈钢涵管的两端为进水口及出水口，所述不锈钢涵管通过进水口及出水口与待测渠道的矩形断面连通；

所述竖管设置在所述不锈钢涵管上；所述量水装置设置在所述竖管的顶部；

所述第一稳水闸设置在所述不锈钢涵管的进水口处，所述第一稳水闸用于在水流进入所述不锈钢涵管时稳定流态；

所述第二稳水闸设置在所述不锈钢涵管的出水口处，所述第二稳水闸用于在量测水时，将所述不锈钢涵管的出水口封闭，与所述第一稳水闸配合使所述不锈钢涵管中的水面为静止状态；

所述渠道的量测水系统还包括控制板；

所述控制板与所述第一稳水闸及所述第二稳水闸连接，所述控制板用于根据所述不锈钢涵管中水面波动情况调节所述第一稳水闸的开度，在量测水时控制所述第二稳水闸紧闭，在量测水完成后，打开第一稳水闸和第二稳水闸，以使所述不锈钢涵管的出水口与所述待测渠道连通，将所述不锈钢涵管底部沉积的泥沙冲刷至所述待测渠道的下游。

可选地，所述稳流装置的底部设有过水廊道，所述过水廊道的底坡为陡坡。

可选地，所述量水装置包括：

雷达液位计，设置在所述稳流装置的顶部，用于测量所述稳流装置中的水位。

可选地，所述量水装置还包括：

支架，设置在所述待测渠道上对应所述稳流装置的位置；

太阳能板，设置在所述支架上；

蓄电池，与所述雷达液位计连接，用于为所述雷达液位计供电。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：通过将其他非矩形断面渠道改造为光洁矩形断面渠道避免梯形断面或其他不规则形状断面岸边流速系数不确定性的影响，提高渠道过水流量测量的准确度。量测水时，稳流装置中的水面较平稳，通过测量稳流装置中的水位，可提高测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型渠道的量测水系统的整体结构示意图；

图2为量测水系统的俯视图；

图3为量测水系统的侧视图；

图4为渠道的测流断面图；

符号说明：

大流量监测断面-1，小流量监测断面-2，稳流装置-3，量水装置-4，不锈钢涵管-5，进水口-6，出水口-7，第一稳水闸-8，第二稳水闸-9，竖管-10，拦污栅-11，支架-12，太阳能板-13，雷达液位计-14，摄像头-15，控制柜-16，控制板-17，4G路由器-18，电机-19，电机控制器-20，太阳能控制器-21，行程开关-22。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种渠道的量测水系统，通过将待测渠道的流量监测断面调整为矩形断面，避免梯形断面或其他不规则形状断面岸边流速系数不确定性的影响，提高渠道过水流量测量的准确度。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-图3所示，本实用新型渠道的量测水系统包括：稳流装置3及量水装置4。

首先将待测渠道的流量监测断面调整为矩形断面。具体地，可以采用光洁材料衬砌形成矩形施测断面。

所述稳流装置3位于所述待测渠道的矩形断面的一侧。所述稳流装置3上开设有进水口6及出水口7，所述稳流装置3通过进水口6及出水口7与所述待测渠道的矩形断面连通。稳流装置3位于混凝土标准断面侧面，上游侧有进水口6，下游侧有出水口7。由于稳流装置3中水的流态静止平稳，所以测量的水位数据也更精准。

所述量水装置4设置在所述待测渠道对应所述稳流装置的位置，所述量水装置4用于测量所述稳流装置3中的水位。

在矩形标准断面量测水渠段直接量取渠道的水深往往会存在水面波动的状态，尤其是在有风天气，水面的波动相对更大，这样量取的水深与实际水深即会有一定程度的偏差。因此，本实用新型在矩形标准断面量测水渠段一侧的边墙处设计了一个与渠道连通便于智能化自冲洗淤积泥沙的稳流装置3，以提高测水精度。

为了避免一些大的漂浮物进入进水口6造成淤堵，本实用新型渠道的量测水系统还包括拦污栅11。拦污栅11设置在所述稳流装置3的进水口6处，拦污栅11用于过滤水中的漂浮物，防止漂浮物进入稳流装置3，影响测量数据。优选地，拦污栅11采用流线型结构。

在本实施例中，拦污栅11采用直径10mm不锈钢材料制备，每根不锈钢钢筋之间间距10mm。此间距能有效过滤掉水中漂浮物的同时不影响过水流速。

进一步地，所述稳流装置3包括：不锈钢涵管5、竖管10、第一稳水闸8及第二稳水闸9。

其中，所述不锈钢涵管5的两端为进水口6及出水口7，所述不锈钢涵管5通过进水口6及出水口7与待测渠道的矩形断面连通。

所述竖管10设置在所述不锈钢涵管5上。所述雷达液位计14设置在所述竖管10的顶部。

所述第一稳水闸8设置在所述不锈钢涵管5的进水口6处，所述第一稳水闸8用于在水流进入所述不锈钢涵管5时稳定流态。

所述第二稳水闸9设置在所述不锈钢涵管5的出水口7处，所述第二稳水闸9用于在量测水时，将所述不锈钢涵管5的出水口7封闭，与所述第一稳水闸8配合使所述不锈钢涵管5中的水面为静止状态。

所述渠道的量测水系统还包括控制板17。

所述控制板17与所述第一稳水闸8及所述第二稳水闸9连接，所述控制板17用于根据所述不锈钢涵管5中水面波动情况调节所述第一稳水闸8的开度，在量测水时控制所述第二稳水闸9紧闭，在量测水完成后，打开第一稳水闸8和第二稳水闸9，以使所述不锈钢涵管5的出水口7与所述待测渠道连通，将所述不锈钢涵管5底部沉积的泥沙冲刷至所述待测渠道的下游。

在测水深时将稳流装置3下游出水口7处的第二稳水闸9紧闭，稳流装置3与矩形断面形成连通器，此时稳流装置3中水面为静止状态，安装在竖管管盖上的雷达液位计14所测水深即为矩形断面中实际准确水深，当第一稳流闸和第二稳流闸开启时，因过水廊道底坡设计为陡坡，稳流装置3内水流流态为急流、水流流速较快，可将水深测量时因闸门关闭淤积的泥沙冲至下游，循环往复，稳流装置3内即不会出现因泥沙淤积而导致水深测量不准的问题。

此外，稳流装置3还包括连通器观察管。连通器观察管设置在不锈钢涵管5上。可以通过连通器观察管观察不锈钢涵管5内的水流状态。

实际运行过程中，灌区部分渠道存在设计过水流量与实际过水流量悬殊较大的情况。较大矩形标准断面在过较小流量时，存在渠道水深较浅，会造成后期率定水位流量关系曲线时因水深不满足条件，无法精准的率定水位流量关系曲线，致使渠道过小流量时，无法有效精准测量渠道过水流量。因此，本实用新型改进了矩形标准断面形式，将单一的矩形标准断面优化为两种大小规格矩形标准断面相结合的形式。具体地，矩形断面包括小流量监测断面2及大流量监测断面1。大流量监测断面1的下部设有小流量监测断面2。小流量监测断面2的长和宽小于大流量监测断面1的长和宽。稳流装置3的进水口及出水口与小流量监测断面2连通。当渠道过水流量较小时，水流汇集于小流量监测断面2中，并在小流量监测断面2中进行测量。不锈钢焊管的进水口6位于小流量监测断面2的侧壁上游。出水口7位于小流量监测断面2的侧壁下游。当水流量较大时，在大流量监测断面1中进行测量，这样就有效解决了因流量较小，标准断面较大、水深较浅，无法有效精准测量过水流量的问题。

针对日常过水流量较小，洪水期又须通过较大的过水流量，水量变化悬殊的量测水断面，如按洪水期流量设计量测水断面，日常过水流量较小时，则会出现量测水断面处因流量过小，水深过浅，无法计量过水流量的情况。针对此种情况，采取了将过小流量的施测断面与过大流量施测断面组合建设，从而实现在量测水断面处，过水流量较小时可精准量测水量，过水流量较大时也可精准量水水量，即当渠道过水流量较小时，在小流量标准断面中进行测量，当洪水期过水流量较大时，在大流量标准断面进行测量，这样就解决了正常情况下因流量较小，标准断面较大、水深极浅无法测量的情况。

在本实施例中，小流量监测断面及大流量监测断面的底部均为陡坡。小流量标准断面的底坡坡度主要用于增加小渠道的水流流速，易于冲砂。大流量标准断面的底坡坡度主要用于增加大渠道的水流流速，易于冲砂。通过在大小断面的底坡设计为陡坡，避免了在量测水断面处产生泥沙淤积。

进一步地，所述量水装置4包括雷达液位计14。雷达液位计14设置在所述稳流装置3的顶部，雷达液位计14用于测量所述稳流装置3中的水位。

量水装置4还包括：支架12、太阳能板13及蓄电池。其中，支架12设置在待测渠道上对应稳流装置的位置。太阳能板13设置在支架12上。蓄电池与雷达液位计14连接，蓄电池用于为雷达液位计14供电。

具体地，所述支架12包括立杆和横臂。所述立杆固定在地面上。所述太阳能板13安装在立杆的顶部。所述横臂通过螺丝固定在立杆上。具体地，立杆通过预埋件与螺丝固定在渠道边的地面上。

进一步地，所述量水设施还包括摄像头15。所述摄像头15安装在所述横臂上。所述摄像头15用于拍摄矩形渠道量测水断面处的视频影像。

控制板17还与所述雷达液位计14及所述摄像头15连接。控制板17还用于接收云平台的指令，并将指令发送至雷达液位计14和/或摄像头15，同时将雷达液位计14和/或摄像头15采集的数据反馈到云平台。云平台通过水位信息与流量的对应关系获得瞬时流量、累计水量。用户可通过手机APP或电脑客户端获取现场影像、水位及流量信息。

所述量水装置4还包括4G路由器18。控制板17与云平台之间通过4G路由器18进行信号传输。

此外，所述量水装置4还包括太阳能控制器21，所述太阳能控制器21用于控制太阳能和蓄电池的供电。

量水装置4还包括电机19、电机控制器20及行程开关22。电机19与稳水闸连接，电机19用于带动稳水闸运动。电机控制器20与电机19连接。电机控制器20用于控制电机19的运行。

为了保障设备良好的运行环境，所述量水设施还包括配电柜。所述控制柜16设置在立杆上。所述太阳能控制器21、控制板17、4G路由器18、电机19、电机控制器20及行程开关22均设置在控制柜16中。

本实用新型还可以根据不同的渠道，将标准断面行进段渠道的底坡调整为陡坡，将过水流态调整为急流，以增大过水流速，使得渠道水流中携带的泥沙被急流挟带至量水设施的下游，确保改造为矩形断面混凝土衬砌的渠段在灌溉水泥沙含量较大运行时底面无淤积，确保不会出现因泥沙淤积导致水深测量不准，影响量测水精度的情况发生，从而提高信息化测水系统的测水精度。本实施例适用于新建梯形断面及其他断面混凝土衬砌渠道中量测水点的建设。

在渠道采用标准断面测量水位时，首先需要率定出该断面处的水位流量关系曲线，而率定水位流量关系曲线的关键是按照《灌溉渠道系统量水规范》GB/T21303-2017要求确定测流断面上测深、测速垂线数目和位置，绘出测流断面图，如图4所示。

具体地，可根据以下公式，确定两条垂线间的平均流速:

V_i,i+1＝(V_i+V_i+1)/2；

V_0,1＝aV₁；

V_n,n+1＝aV_n；

其中，i为垂线序号，i＝1,2,3,...,n，n为测线总数，V_i,i+1为第i条垂线和第i+1条垂线间断面的平均流速，单位为米每秒(m/s)，V_i为第i条垂线的平均流速，单位为米每秒(m/s)，a为岸边流速系数，与渠道的断面型状、渠岸的糙率、水流条件等有关。岸边流速系数a应实测率定，无实测资料时可根据渠道岸边情况选用参考值：梯形断面混凝土衬砌渠段：a＝0.8～0.9；光滑的陡岸边：a＝0.9。

根据以下公式，确定两条垂线间的断面面积：

A_i-1,i＝0.5(H_i-1+H_i)b_i-1,i；

A_0,1＝0.5H₁b_0,1；

A_n,n+1＝0.5H_nb_n,n+1；

其中，A_i-1,i为第i-1条垂线和第i条垂线间的断面面积，单位为平方米(m²)，H_i为第i条垂线的实际水深，单位为米(m)，b_i-1,i为第i-1条垂线和第i条垂线之间的断面宽，单位为米(m)。

根据以下公式，确定两条垂线间的流量：

q_i-1,i＝V_i-1,iA_i-1,i；

其中，q_i-1,i为第i-1条垂线和第i条垂线间的流量，单位为立方米每秒(m³/s)，V_i-1,i为第i-1条垂线和第i条垂线间的平均流速，A_i-1,i为第i-1条垂线和第i条垂线间的断面面积。

根据以下公式，确定断面流量：

Q＝q_0,1+q_1,2+q_2,3+......+q_n,n+1；

其中，Q为断面流量，单位为立方米每秒(m³/s)。

由此，即可确定梯形渠道水位流量关系曲线中的一组数据，在确定岸边平均流速V_0,1和V_n,n+1，梯形断面混凝土衬砌渠段岸边流速系数a＝0.8～0.9为一区间值，是一不确定值，而根据《灌溉渠道系统量水规范》GB/T21303-2017要求，渠道水位流量关系曲线的绘制应在满足量水需要的水位范围内，取20次以上不同水位的水位流量观测资料，因此，在绘制曲线时会出现20次不确定值选择，将会产生较大的累计误差，很难满足规范规定水位流量关系曲线绘图精密度不大于2.5％的允许误差要求，致使依据曲线查出的流量与实际流量不符。

本实用新型为了保证水位流量关系曲线绘制的相对准确性，将量测水点位处上下游一定范围内长度的梯形断面混凝土衬砌渠道或其他断面形式混凝土衬砌渠道或其他材料衬砌的渠道改造为矩形断面混凝土衬砌渠道，确保确定岸边平均流速V_0,1和V_n,n+1时，矩形断面混凝土衬砌渠段满足光滑的陡岸边流速系数a＝0.9这一规范要求，绘制水位流量关系曲线时每一个水深对应的流量值都是一个确定的值，确保绘制出的水位流量关系曲线相对准确，满足不大于2.5％的规范规定允许误差范围要求，并且本实用新型在量测水实际操作中也证实了这一方案的有效性。

此外，在将梯形断面及其他断面型式渠段改造为矩形断面混凝土衬砌渠段时，本实用新型先确定矩形断面混凝土衬砌渠段底坡，确保改造为矩形断面混凝土衬砌的渠段在灌溉水泥沙含量较大运行时底面无淤积，从而确保不会出现因泥沙淤积导致水深测量不准，从而影响量测水精度的情况发生。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种渠道的量测水系统，其特征在于，所述渠道的量测水系统包括：

2.根据权利要求1所述的渠道的量测水系统，其特征在于，所述矩形断面包括小流量监测断面及大流量监测断面，所述大流量监测断面的下部设有小流量监测断面。

3.根据权利要求2所述的渠道的量测水系统，其特征在于，所述小流量监测断面及所述大流量监测断面的底坡均为陡坡。

4.根据权利要求1所述的渠道的量测水系统，其特征在于，所述渠道的量测水系统还包括：

5.根据权利要求1所述的渠道的量测水系统，其特征在于，所述稳流装置包括：不锈钢涵管、竖管、第一稳水闸及第二稳水闸；

所述渠道的量测水系统还包括控制板；

6.根据权利要求1所述的渠道的量测水系统，其特征在于，所述稳流装置的底部设有过水廊道，所述过水廊道的底坡为陡坡。

7.根据权利要求1所述的渠道的量测水系统，其特征在于，所述量水装置包括：

8.根据权利要求7所述的渠道的量测水系统，其特征在于，所述量水装置还包括：

支架，设置在所述待测渠道上对应所述稳流装置的位置；

太阳能板，设置在所述支架上；