非接觸流量自動監測系統方案設計

摘 要：近年來國家實施了最嚴格水資源管理制度，對水資源的精細管理提高到一個新的高度。渠道沖淤劇烈，主流擺動頻繁，尋找到主流并進行實時監測，掌握斷面淤積變化情況是流量準確測驗的關鍵。作者結合某典型河段，選取某典型閘對計量設施進行了升級改造，結合典型水閘，安裝多垂線非接觸測流系統和泥沙淤積厚度傳感器，多點覆蓋斷面非接觸雷達測流設備的應用實現流速面積法精確計算斷面流量，該系統實現了實時在線精確計量。該項技術的開發研制，可以很好的解決典型河段渠道寬淺、主流擺動及在線監測等難題。

關鍵詞：非接觸 實時計量 流量監測

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（201501（b）-0002-01

為實現水資源的精細化管理，選取某典型河段實施了引水流量自動監測系統的研制，實現了引水的“實時、在線、精確”計量。由于該河段水多含沙特性，積極開展科技攻關，采用新的方法對某典型水閘計量設施進行了改造。該系統將多種類型的自動測量設備配合無線傳輸網絡、數據存儲系統等，研制集成非接觸流量自動監測系統。

1. 建設背景

精確計量水量，進行精細化管理是促進水資源節約利用的有效手段。目前水閘流量測驗普遍采用流速面積法，即流量由流速與輸水斷面面積所確定。流速由傳統流速儀測量，水位多為人工觀測，自動化程度較低，工作量大，作業效率低，資料實效性較差，難以滿足供水管理現代化、精細化、信息化的要求。

秋收時期輸水渠內作物秸稈、雜草等較多，影響儀器測驗精度甚至造成儀器設備的損壞。對此需要一種脫離水面工作的儀器進行測驗。該典型閘渠道寬、淺，渠道沖淤劇烈，主流擺動頻繁，尋找到主流并進行實時監測，掌握斷面淤積變化情況是流量準確測驗的關鍵。

2 項目概況

此次某典型閘安裝多垂線非接觸測流系統和泥沙淤積厚度傳感器。多點覆蓋斷面非接觸雷達測流設備的應用實現流速面積法精確計算斷面流量。該項技術是國內首次開發研制并投入應用，可以很好的解決典型河段渠道寬淺、主流擺動及在線監測等難題。

淤積厚度傳感器是對斷面泥沙淤積厚度進行同步監測并通過數據采集設備進行分析、處理，并且對過水面積進行有效修正，實現實時動態計算斷面面積，保證了流量的準確性。原始數據和成果數據通過數傳設備傳送到現地站和遠程數據中心。

3 系統功能設計

3.1 整體結構設計

流量（Q）測驗是通過測量斷面平均流速（V）和過流面積（A）實現的，即：

Q=V×A

其中，斷面平均流速是通過測量斷面上某一點或某一區域的流速（Vi），然后通過水力學模型或標定的方法和斷面平均流速建立相關關系，從而得到斷面平均流速。而過流面積是與水位和斷面形狀有關系的，對于有沖淤變化的斷面我們要通過測量水位和斷面形狀來推算過流面積。

根據以上分析該系統應該設置流速傳感器、水位傳感器和淤積傳感器分別對流速和過流面積進行同步監測并通過數據采集設備進行分析、處理、計算出流量，測量結果通過數傳設備傳送到數據中心；另外，系統還應有控制設備對整個系統的運行進行自動控制，還要配備電源、機柜等輔助設備保證整個系統的正常運行。

3.2 流速監測方案設計

由于渠道相對比較窄，而且渠道硬化相對比較規范，在纜道（桁架）移動測流的基礎上升級在桁架上安裝三個非接觸雷達測流裝置，實時監測三條垂線流速，而且數據直接通過光纖傳輸到閘管所，保證了設備的安全。經過實驗比對，測驗精度與移動測流基本一致，保證了精度要求。這種測流方式的升級使得斷面測房的設備得到極大簡化，達到實時監測和推廣的需要。

系統建成后，經多次試運行和流量比測試驗結果驗證，從走航式已經升級為多點定位方式，達到監測斷面主流和控制整個斷面流量的效果。

3.3 水位測量方案設計

目前用于水位在線測量的儀器設備很多，如浮子水位計、壓力水位計、氣泡水位計、超聲波水位計、雷達水位計等。其中浮子、壓力、氣泡水位計均為浸沒（接觸）式測量，它們共同缺點是隨著主流的擺動和沖淤的變化存在著脫離被測水體的可能。而超聲波水位計和雷達水位計是非接觸測量儀器，可靈活的安裝在常年有水的區域上方，其中雷達水位計更具有精度高、工作穩定、壽命長等優點，所以柳園口測流系統應采用雷達水位計測量水位。

3.4 淤積測量方案設計

此次安裝的是XD-2202淤積厚度傳感器。監測系統為自動運行，泥沙淤積厚度傳感器實時測量河底泥沙厚度，配合水位計得到斷面平均水深和斷面面積；安全監控系統和供電系統則保證系統的運行和用電安全。

3.5 系統控制與數據采集方案設計

系統控制和數據采集可用一臺工控機來完成，它可以根據設置，控制纜道將儀器停留在主流的上方施測，并采集測量數據，分析、計算、顯示、輸出。

3.6 數據傳輸方案設計

系統采用GPRS傳輸方式，GPRS正常情況下信號較穩定。一旦遇到通訊故障系統會自動切換到備用信道，待主信道故障排除后系統會自動回到主信道傳輸數據。另外，系統還具備數據召回功能，當主、備信道都出現故障，一旦恢復通訊系統會自動將缺失的數據召回。

3.7 系統軟件功能設計

系統軟件主要包括中心站軟件和數據查詢、發布軟件兩部分。各監測站采集的實時數據通過數據通信設備匯集于中心站，暫存于中心站數據庫服務器作為原始資料，經分析、處理放入共享庫供調用。數據查詢軟件可根據用戶的權限提供其權限范圍內的實時數據和歷史數據，它可以報表和過程線的形式顯示，還具有數據導出和報表打印的功能。

該系統的成功研制，為多沙河流引水測流提供了便捷準確的計量方式，有利于水量的準確計量和自動化水平的提高。

參考文獻

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