明渠堰槽流量計(jì)

明渠堰槽流量計(jì)產(chǎn)品介紹

目前，市場(chǎng)上有各種流量計(jì)可供使用者選用。為了供、用水單位準(zhǔn)確計(jì)算供、用水流量和總量以及水費(fèi)，選擇雙方認(rèn)可的計(jì)量?jī)x器很重要，也是防止或解決供、用水糾紛的基礎(chǔ)。但是，每種流量計(jì)都有使用時(shí)間和條件限制。當(dāng)流量計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，委托法定單位對(duì)儀器進(jìn)行鑒定，得出明確結(jié)論，尤為必要。本文以某水庫(kù)明渠為例，闡述了如何用流速儀法比測(cè)明渠流量計(jì)，并得出了比測(cè)結(jié)論。

    1 明渠概況

    該明渠是韶關(guān)市某水庫(kù)供水給韶關(guān)某集團(tuán)公司的供水渠，明渠為寬、深1.O0m的正方形、混凝土三面光斷面。明渠堰槽流量計(jì)的上、下游無(wú)雜草和其它阻水物，渠道順直，水流穩(wěn)定并可認(rèn)為是均勻流態(tài)。

    2 流速儀測(cè)驗(yàn)情況

    按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，歷時(shí)6a（見(jiàn)表1）。為使測(cè)驗(yàn)達(dá)到較高精度，在明渠堰槽處上游10m、25m、300m、500m設(shè)置了4個(gè)斷面，采用L25-A3型流速儀、面積~流速精測(cè)法測(cè)流。斷面附近渠道順直，順直距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于渠寬的2~3倍，水流平穩(wěn)，符合水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范規(guī)定的流態(tài)和條件。一般有5~6條垂線(xiàn)，每條垂線(xiàn)2~3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每測(cè)點(diǎn)測(cè)速歷時(shí)均超過(guò)100s。

    表1 各年流量測(cè)驗(yàn)情況                                        單位：次

    根據(jù)水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范的要求和流量原始記錄的分析，認(rèn)為118次流量成果正確、合理，可用來(lái)分析計(jì)算。作為比測(cè)流量計(jì)的依據(jù)。

    3 明渠堰槽流量計(jì)與實(shí)測(cè)的流量比較

    流速儀施測(cè)流量時(shí)，記錄了相應(yīng)時(shí)段明渠堰槽流量計(jì)（以下稱(chēng)儀表）的平均流量對(duì)每測(cè)次計(jì)算儀表流量相對(duì)誤差，統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)表2。

    表2 實(shí)測(cè)流量與儀表流量誤差統(tǒng)計(jì)

    表2表明118次流量中有73.7%儀表流量比實(shí)測(cè)流量偏小，儀表流量系統(tǒng)偏小，最大偏小-11.1%。但儀表流量有86.4%誤差小于±10%，有較高精度。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，流量越小，儀表測(cè)量值偏差越大。將計(jì)算流速儀實(shí)測(cè)流量和儀表流量進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)為R2=0.9798，回歸方程為：

    Q計(jì)=1.119×Q顯-0.166      （1）

    式中Q計(jì)為計(jì)算流量，m3/s；Q顯為儀表流量，m3/s。

    方程（1）使用范圍是水位0.28~0.95m，儀表流量0.17~2.41m3/s。對(duì)方程（1）作誤差統(tǒng)計(jì)分析見(jiàn)表3。

    表3 計(jì)算流量與儀表測(cè)量流量相關(guān)分析誤差與統(tǒng)計(jì)

    由表可見(jiàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單相關(guān)轉(zhuǎn)化后，儀表流量精度大幅度提高，系統(tǒng)誤差由-3.0%提高到-0.6%，誤差小于1O%的累積頻率由86.2%提高到89.8%，誤差和流量大小無(wú)關(guān)，即無(wú)論流量大小，誤差呈隨機(jī)分布。

    4 水位流量關(guān)系分析

    為率定渠道水位流量關(guān)系，點(diǎn)繪堰槽上游1Om處（此處水位與儀表記錄水位相同）水位流量關(guān)系圖，發(fā)現(xiàn)水位流量關(guān)系良好。水位流量關(guān)系回歸方程如下：

    Q計(jì)=2.8497×Z1.8922       （2）

    方程（2）適用范圍是水位0.28~0.95 m、流量0.17~2.55m3/s。誤差分析見(jiàn)表4。

    表4 堰槽上游1Om處水位流量關(guān)系（流量>O.20m3/s）誤差統(tǒng)計(jì)

    水位流量關(guān)系曲線(xiàn)精度很高，99.1%流量誤差小于等于±1O%，最大正誤差只有+9.2%，最大負(fù)誤差為-8.3%，系統(tǒng)誤差為0.1%。水位流量實(shí)測(cè)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差為4.21%，曲線(xiàn)無(wú)系統(tǒng)偏離，符合規(guī)范要求。所以水位0.28~0.95m，流量0.17~2.55m3/s可用方程（2）推算流量。

    5 儀表內(nèi)置水位流量關(guān)系分析

    因?yàn)闆](méi)有儀表內(nèi)置水位流量關(guān)系，根據(jù)記錄的儀表流量和堰槽處水位建立水位流量關(guān)系。水位流量關(guān)系非常好，各點(diǎn)均勻分布于曲線(xiàn)附近，誤差很小，無(wú)系統(tǒng)偏離，水位流量關(guān)系方程如下：

    Q=2.6514×Z1.6540                    （3）

    方程（3）適用范圍為水位0.28~0.95 m，流量0.17~2.55m3/s。

    6 實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系與儀表內(nèi)置水位流量關(guān)系比較

    為了從理論上分析儀表流量相對(duì)于實(shí)測(cè)流量的偏離情況，可設(shè)如下不等式組：

    2.6514×Z1.6540>2.8497×Z1.8922    （4）

    且0.28≤Z≤0.95

    解不等式組（4）得

    0.28≤Z<0.74               （5）

    儀表誤差為

    Er=1-0.90× Z-0.2382        （6）

    當(dāng)水位在[0.28，0.74]、流量在[0.17，1.61]時(shí)，儀表流量大于實(shí)測(cè)流量，誤差隨著水位減小按指數(shù)規(guī)律（6）逐漸偏大，誤差區(qū)間為[O%，25.9%]；當(dāng)水位在[0.74，0.95]、即流量在[1.61，2.55]時(shí)，儀表流量小于實(shí)測(cè)流量，儀表流量誤差隨著水位增大按指數(shù)規(guī)律（6）逐漸偏小，誤差區(qū)間為[-5.9%，0%]。

    7 明渠堰槽流量計(jì)檢定分析

    該儀器原理是在堰槽上置一部超聲波測(cè)量水面（深）的設(shè)備，配合已編好程序（水位或水深~流量關(guān)系方程）的計(jì)算機(jī)，使瞬時(shí)測(cè)出的水位（深）利用計(jì)算機(jī)立即顯示為流量。通過(guò)水力學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定出堰槽過(guò)水?dāng)嗝嫠唬ㄉ睿┡c流量的關(guān)系，利用測(cè)出水位（深）換算為流量。其優(yōu)點(diǎn)是每日24h任何時(shí)候都可以用超聲波測(cè)量水位（深）并利用內(nèi)置程序顯示流量并儲(chǔ)存，前提條件是一定要用該流量計(jì)指定規(guī)格的測(cè)流堰槽及其對(duì)應(yīng)公式；缺點(diǎn)是整套超聲波、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)均在野外進(jìn)行，使用條件和儀器設(shè)定可能不一致，而且電源質(zhì)量也不一定能配合。此外，測(cè)流堰槽的建造是否符合設(shè)定公式，必須與實(shí)測(cè)流量比較后才能投入正常運(yùn)行。

    實(shí)測(cè)水位流量關(guān)系是用國(guó)標(biāo)規(guī)定的方法，測(cè)出流速和過(guò)水面積，計(jì)算流量，并測(cè)定相應(yīng)水位（深），建立水位（深）流量關(guān)系，利用水位換算流量。其優(yōu)點(diǎn)是直觀，渠道斷面變化可以迅速重新測(cè)定，不隨外界條件的變化而影響流量誤差的變化，不會(huì)發(fā)生計(jì)量的根本錯(cuò)誤，是驗(yàn)證和率定各種計(jì)量設(shè)施的基本依據(jù)。

    8 結(jié)論和建議

    該明渠堰槽流量計(jì)的內(nèi)置公式為Q=2.6514×Z1.6540。當(dāng)明渠水深小于0.74m時(shí)，流量計(jì)流量大于實(shí)際流量，水深越小，偏大越多；當(dāng)明渠水深大于0.74m時(shí)，流量計(jì)流量小于實(shí)際流量，水深越大，偏小越多。因此，該明渠堰槽流量計(jì)記錄的流量不能反映實(shí)際流量，計(jì)算流量時(shí)，需要進(jìn)行修正，流量修正公式為方程（1）。但是，供水總量則還要根據(jù)實(shí)際供水時(shí)間才能正確計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，流量計(jì)記錄的供水時(shí)間是可以接受的，所以，計(jì)算供水總量就相當(dāng)容易了。綜上所述，流量計(jì)使用和檢定應(yīng)該嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)建立、運(yùn)行，方能使流量計(jì)量客觀、準(zhǔn)確，防止或解決供用水糾紛。

    另外，供、用水單位為計(jì)算供用水總量及水費(fèi)，務(wù)必選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)量?jī)x器，并注意使用條件。使用過(guò)程中，委托具有相應(yīng)資質(zhì)的單位對(duì)儀器進(jìn)行檢定尤為必要。就明渠堰槽流量計(jì)來(lái)說(shuō)，檢定項(xiàng)目包括：

    （1）二次儀表誤差檢定；
    （2）堰槽過(guò)流狀態(tài)，要求行近渠槽水流條件Fr≤0.5，并判斷自由出流或淹沒(méi)出流；
    （3）堰槽結(jié)構(gòu)尺寸（寬度、長(zhǎng)度）的不確定度；
    （4）行近渠槽長(zhǎng)度、行近渠槽中心線(xiàn)與堰槽建筑物中心線(xiàn)重合程度；
    （5）水位零點(diǎn)的不確定度；
    （6）水位流量轉(zhuǎn)換不確定度。
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