［摘(zhai)要］依據該(gai)閘涵實例(li)應用數據(ju)，借助流量(liang)測量實驗(yan)分析，超聲(sheng)流量計 在(zai)閘涵規範(fan)化維護管(guan)理中的應(ying)用開展專(zhuan)題探究，參(can)考測得的(de)🛀🏻水位h和設(she)定的不同(tong)糙率常數(shu)n，分别利用(yong)纜道流速(su)儀、超聲流(liu)量計、洩流(liu)曲線查算(suan)以及公❗式(shi)計算，對流(liu)量實施了(le)多次比📱測(ce)，從圖表數(shu)據比測結(jie)果看出，四(si)類測量結(jie)果相互✔️差(cha)别非常小(xiao)，其中查算(suan)洩流曲線(xian)❤️獲得的流(liu)量誤差最(zui)大，而纜道(dao)流速儀測(ce)量和超聲(sheng)流量計測(ce)量的流量(liang)最爲相近(jin)。超聲測量(liang)的水深與(yu)糙率♍拟合(he)性較好，呈(cheng)現緊密關(guan)聯狀态。由(you)此可以看(kan)出，涵閘流(liu)量測量管(guan)理應用超(chao)聲流量測(ce)量技術是(shi)可行的，其(qi)測量精度(du)完全滿足(zu)工💋程測量(liang)管理要求(qiu)。
　　閘涵維護(hu)管理既是(shi)一個管理(li)學課題，也(ye)是一個技(ji)術類課題(ti)，借㊙️助技術(shu)手段實現(xian)數據化控(kong)制、維護和(he)管理，可以(yi)🙇🏻使閘👅涵維(wei)護管理更(geng)數據化、科(ke)學化和規(gui)🏃‍♂️範化。案例(li)閘涵實例(li)應用數據(ju)，借助具體(ti)流量測量(liang)實驗分析(xi)，對閘涵維(wei)護管理應(ying)用超聲流(liu)量計測流(liu)開展專題(ti)探究，以爲(wei)同類工程(cheng)應用提供(gong)研究和技(ji)術參考。
1超(chao)聲流量測(ce)量原理
　　時(shi)下工程選(xuan)用的超聲(sheng)流量計多(duo)爲基于速(su)率差或多(duo)普🌐勒原理(li)的超聲流(liu)量計，利用(yong)逆水流及(ji)順水流超(chao)聲脈沖速(su)率差異測(ce)定流速流(liu)量。
1.1時差法(fa)超聲測定(ding)機理
　　超聲(sheng)測定流量(liang)實質上是(shi)借助超聲(sheng)波測定流(liu)速，然後通(tong)過特定計(ji)算得到流(liu)量。當向上(shang)遊傳播聲(sheng)波時，其波(bo)速下降，向(xiang)🔴下遊傳播(bo)聲波時，其(qi)波速提高(gao)。要測定準(zhun)确流量，尤(you)其是對水(shui)深較大，上(shang)下遊流速(su)差異較大(da)的大型渠(qu)道，要求應(ying)用多層換(huan)能器🤞，以多(duo)聲道🔴測定(ding)方法才能(neng)更加準确(que)地測出流(liu)速演變量(liang)，從而準确(que)計算出流(liu)量。時差法(fa)超聲多聲(sheng)道流速測(ce)定機理示(shi)意見圖1具(ju)體所示。

　　式(shi)中:θ爲流向(xiang)與波向夾(jia)角;L爲聲道(dao)長度;v爲流(liu)速均值;T爲(wei)順逆流時(shi)♈間均值;ΔT爲(wei)順逆流的(de)時間差;i爲(wei)聲道數;H爲(wei)水👌深;Ki爲聲(sheng)道加權積(ji)分常數，B=(B1+B2)/2。
1.2多(duo)譜勒頻移(yi)測流機理(li)
　　多普勒頻(pin)移測流是(shi)借助聲波(bo)多普勒頻(pin)移率測量(liang)而❓推算出(chu)閘涵流量(liang)的方法。超(chao)聲發生器(qi)與流體顆(ke)粒間存在(zai)☀️着相對運(yun)✂️動關系，流(liu)速和相對(dui)運動形成(cheng)反射波的(de)多普勒頻(pin)移🌏現象，在(zai)反射波🐇和(he)入射波間(jian)形成差異(yi)頻率。測定(ding)了這些差(cha)異頻率，就(jiu)能求解出(chu)對應的流(liu)速，進而得(de)到流量。爲(wei)了更加有(you)效地獲取(qu)🌈多普勒頻(pin)移✨信号，超(chao)聲多普勒(le)頻移流量(liang)計一般均(jun)選用收發(fa)一體的換(huan)能器，具體(ti)見圖2所示(shi)。

　　在上述頻(pin)移流量推(tui)算式中，K=2/(n+1)，c代(dai)表介質波(bo)傳速率;θ爲(wei)波流夾角(jiao);f0代表波源(yuan)波頻;Δf多普(pu)勒均量頻(pin)移，n的取值(zhi)可以具體(ti)見表1所示(shi)。

2超聲流量(liang)計在李家(jia)岸引黃閘(zha)流量測量(liang)實驗中的(de)應用研究(jiu)
2.1李家岸引(yin)黃閘運行(hang)現狀
　　李家(jia)岸引黃閘(zha)位處黃泛(fan)沖積平原(yuan)，擔負着附(fu)近六個縣(xian)(市)的引黃(huang)灌溉及地(di)區生活和(he)工業用水(shui)任務。該閘(zha)涵爲🔴箱式(shi)鋼筋混凝(ning)土構造，全(quan)長81m，屬1級建(jian)築，3聯9孔，每(mei)孔3m淨寬，3m淨(jing)高，校核防(fang)洪水位40．52m，設(she)計防洪水(shui)位39．52m，設計，胸(xiong)牆頂❓高度(du)28．88m，底闆高度(du)25．88m，堤頂高度(du)41．62m，機架橋頂(ding)高度42．00m，閘前(qian)減壓平台(tai)高度32．50m，防沙(sha)📧閘門機架(jia)橋高度38．50m，現(xian)有堤頂高(gao)度39．00m，最高設(she)計運行水(shui)位36．29m，設🏃🏻計灌(guan)溉引水位(wei)是28．10m。地🌏方閘(zha)管所✂️出于(yu)規範化管(guan)理的需要(yao)，已對其上(shang)下遊水位(wei)、流速和流(liu)量實施了(le)超聲實時(shi)監測，現場(chang)數據經過(guo)線纜傳至(zhi)監控室計(ji)算機系統(tong)，然後以微(wei)波技術上(shang)傳給黃委(wei)以及省市(shi)河務管理(li)局。
2.2流量測(ce)量實驗
　　實(shi)驗結合灌(guan)區放水實(shi)施.涵洞閉(bi)啓遵循該(gai)閘工程❓操(cao)作規範,流(liu)量控制在(zai)每秒100m'的标(biao)準範圍内(nei),參考灌☎️區(qu)放水一🏃‍♀️般(ban)規律,依照(zhao)每秒15m'的級(ji)差，選取确(que)定每秒100、80.65、50、35、20m'等(deng)六個🔞等級(ji)實施。最小(xiao)涵内水深(shen)不低于0.7m,以(yi)保障方便(bian)流速監💰測(ce)和流量計(ji)算。保持各(ge)涵洞水位(wei)基本一緻(zhi)。糙率又稱(cheng)粗糙常數(shu),一般以n表(biao)示,是反映(ying)渠壁面😄粗(cu)糙狀态之(zhi)對水流影(ying)響的一個(ge)綜合常數(shu)值。粗糙常(chang)數n跟水😍深(shen)、流量以及(ji)渠槽表面(mian)粗糙程度(du)密切相關(guan).如果水流(liu)挾帶泥沙(sha)，則水流含(han)沙量大🐉小(xiao)也對糙率(lü)n有影響。對(dui)案例引黃(huang)涵閘來說(shuo),一定程度(du)存在床面(mian)相對粗糙(cao)、斷面不規(gui)整和水流(liu)含沙量相(xiang)對大等具(ju)體情況,所(suo)以參考實(shi)測和🛀🏻相關(guan)推算,确定(ding)最小n值在(zai)0.035,最大n值在(zai)0.100。
2.2.1超聲流量(liang)計安裝步(bu)驟
(1)安裝主(zhu)機:主機安(an)裝主要注(zhu)意電源線(xian)和射頻信(xin)号電纜的(de)🈲正确接連(lian)。連接電源(yuan)線要選取(qu)電壓穩定(ding)的電源，如(ru)果🈲電源電(dian)壓穩态不(bu)滿足要求(qiu)時，應考慮(lü)使用穩壓(ya)🌐器，以确保(bao)電源電壓(ya)符合主機(ji)的要求。架(jia)設信号電(dian)纜,其兩端(duan)須給與一(yi)定的識别(bie)标☎️記,以防(fang)止電纜與(yu)主機☀️及換(huan)能器連👄接(jie)時因不易(yi)分辨而導(dao)緻錯誤連(lian)接。
(2)安裝換(huan)能器:實驗(yan)選用時差(cha)型超聲波(bo)流量計測(ce)定🙇🏻流速,測(ce)👉量探頭爲(wei)換能器.每(mei)涵安裝--對(dui)洞，與主機(ji)通過信号(hao)電纜相連(lian)。安⚽裝換✂️能(neng)器重要的(de)是換能器(qi)定位,即找(zhao)出涵洞兩(liang)邊換能器(qi)安裝的準(zhun)确部位,涵(han)洞中心線(xian)與換能器(qi)的聲路夾(jia)角通常都(dou)選取45o,通常(chang)選💜用激光(guang)經緯定位(wei)儀測量比(bi)較準确。換(huan)能器安裝(zhuang)好🏃🏻‍♂️後,要準(zhun)确測出聲(sheng)路角、聲路(lu)高、聲路長(zhang)等換能器(qi)現場安裝(zhuang)狀态基本(ben)參數。.
(3)安裝(zhuang)超聲水位(wei)計:不但要(yao)有流速數(shu)據,還須掌(zhang)握水斷💋:面(mian)面積,才能(neng)實現超聲(sheng)測定流量(liang)。涵洞斷面(mian)--般情況下(xia)都是确定(ding)的,所🈲以隻(zhi)🏒要測出水(shui)面高程,過(guo)水斷面的(de)面積也就(jiu)能通過計(ji)算得出。超(chao)聲水位計(ji)就是♉用來(lai)測定水面(mian)高程的。在(zai)超聲流量(liang)計的傳感(gan)器連線正(zheng)中點的正(zheng)上方涵洞(dong)頂闆，爲安(an)裝超聲水(shui)位計的正(zheng)确位置,見(jian)圖3具體所(suo)示。

2.2.2流量測(ce)量方法及(ji)步驟
(1)測量(liang):在确定一(yi)個工況組(zu)合後,同步(bu)實施各種(zhong)測量，主要(yao)有:設備測(ce)流,确定标(biao)準流量;各(ge)個洞内水(shui)位計測各(ge)涵水🛀🏻位，微(wei)機機自動(dong)推算該時(shi)段的水位(wei)均值;各個(ge)洞内流量(liang)計測定流(liu)速，微機自(zi)動推算測(ce)驗時段的(de)流速均值(zhi);參考對應(ying)底闆高度(du),各個涵洞(dong)觀測出口(kou)和距離出(chu)口3m處的水(shui)位,不間斷(duan)觀測或者(zhe)每1min觀測--次(ci),之後微機(ji)推算水深(shen),分别算出(chu)一個測驗(yan)時段的水(shui)位均值;與(yu)此同時參(can)☂️考對應底(di)闆高度推(tui)算水深。
(2)推(tui)算各洞流(liu)量:首先确(que)定一個糙(cao)率常數n,應(ying)用前述測(ce)定的水深(shen)數據推算(suan)出各涵洞(dong)的流量Q。與(yu)标準流量(liang)Q比🏃🏻‍♂️較檢測(ce)EQ,是否相❌等(deng)。假如不是(shi)相等,則需(xu)對糙率㊙️常(chang)數n進行必(bi)要調整。多(duo)次不停觀(guan)測，直♻️到發(fa)現n0始終在(zai)一定範圍(wei)内循環變(bian)化,則在其(qi)中最終♊選(xuan)取一-個中(zhong)間值供計(ji)算所用。
3實(shi)驗結果分(fen)析
　　參考測(ce)得的水位(wei)h和設定的(de)不同糙率(lü)常數n,分别(bie)利用纜道(dao)流速儀、超(chao)聲流量計(ji)、洩流曲線(xian)查算以及(ji)公💋式計算(suan),對流量實(shi)施了多次(ci)比測。在滿(man)足士5%允許(xu)誤差情況(kuang)下,選用👣統(tong)計解析方(fang)法對數據(ju)實施篩選(xuan)處理,獲得(de)了滿足實(shi)驗解析的(de)樣本系列(lie),具體見表(biao)2和圖4所示(shi)。借助計算(suan)機對實驗(yan)數據實施(shi)拟合計算(suan),得到了水(shui)深h與糙率(lü)常數n的拟(ni)合曲線，具(ju)體見圖5所(suo)示💘。

　　從圖表(biao)數據比測(ce)結果中看(kan)到,四類測(ce)量結果相(xiang)互🧑🏾‍🤝‍🧑🏼差别非(fei)常小,其中(zhong)查算洩流(liu)曲線獲得(de)的流量誤(wu)差最大,而(er)纜道流速(su)儀🙇‍♀️測量和(he)超聲流量(liang)計測量的(de)流量最爲(wei)相近。超聲(sheng)測量的水(shui)深與糙率(lü)🙇🏻拟合性較(jiao)好,呈現緊(jin)密關聯狀(zhuang)态。由此可(ke)以看出,涵(han)閘流量測(ce)量管理應(ying)用超聲流(liu)量測量技(ji)術是可行(hang)的,其測量(liang)精度完全(quan)滿足🔴工程(cheng)測量管理(li)要🐅求。

4結語(yu)
　　閘涵實例(li)應用數據(ju),借助具體(ti)流量測定(ding)試驗解析(xi),對閘涵♈規(gui)範化維護(hu)管理應用(yong)超聲流量(liang)計測流進(jin)🈚行專題探(tan)🆚讨。基本收(shou)獲:(1)梳理介(jie)紹了超聲(sheng)流量測量(liang)原理;(2)開展(zhan)了應用超(chao)聲流量計(ji)進行閘涵(han)流量在線(xian)自動化測(ce)量;(3)對實驗(yan)✏️結果進行(hang)了直方和(he)拟合比對(dui)♍分析。實驗(yan)得出的現(xian)實和前瞻(zhan)性判斷是(shi):(1)超聲流量(liang)計可以對(dui)引黃涵閘(zha)進行在線(xian)自動化測(ce)流，能夠幫(bang)🥵助工程管(guan)理人員對(dui)涵閘運行(hang)實現閘門(men)開閉控制(zhi)🔴和開展數(shu)據實時監(jian)測、存儲和(he)報送;(2)超聲(sheng)流量測量(liang)，其精度誤(wu)差可以控(kong)制㊙️在+5%範圍(wei)以内,精度(du)滿足規範(fan)管理需要(yao);(3)流量監測(ce)系統㊙️數據(ju)能夠一并(bing)傳輸到黃(huang)♈委和省市(shi)專業管理(li)局,并入涵(han)閘遠程監(jian)控系統,涵(han)閘數據管(guan)理遠程化(hua)、實.時化和(he)🌈信息化質(zhi)量大幅提(ti)升;(4)可以借(jie)助計算機(ji)系統的強(qiang)大功能,建(jian)💃🏻立實時涵(han)閘信息數(shu)據庫☀️,自動(dong)實施數據(ju)備份、轉儲(chu)功能,保障(zhang)👣了曆史數(shu)據的安全(quan)性;對接收(shou)㊙️到的諸種(zhong)數據統計(ji)解析,自動(dong)生成日、月(yue)、年報表,并(bing)對曆史數(shu)據按諸多(duo)條件實施(shi)查詢、記錄(lu)、修改及打(da)印,應用數(shu)據化信息(xi)🥰開展規範(fan)化管理的(de)效率更高(gao),效果🛀🏻更好(hao);(5)水流量實(shi)時監測及(ji)信息化處(chu)理，可爲涵(han)閘按量刷(shua)卡引水供(gong)☔水提供技(ji)術發展空(kong)👣間。

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