［摘(zhai)要］依據(ju)該閘涵(han)實例應(ying)用數據(ju)，借助流(liu)量測量(liang)實驗🏃🏻分(fen)📧析，超聲(sheng)流量計(ji) 在閘涵(han)規範化(hua)維護管(guan)理中的(de)應用開(kai)展專題(ti)探究，參(can)考㊙️測⛷️得(de)的🛀水位(wei)h和設定(ding)的不同(tong)糙率常(chang)數n，分别(bie)利用纜(lan)道流速(su)儀、超聲(sheng)流量計(ji)、洩流曲(qu)線查算(suan)以及公(gong)♉式計算(suan)，對流量(liang)實施了(le)多次比(bi)測，從圖(tu)表數據(ju)比測結(jie)果看出(chu)，四類測(ce)量結果(guo)相互📐差(cha)别非常(chang)小，其中(zhong)查算洩(xie)流曲線(xian)獲得的(de)流量👉誤(wu)差最大(da)，而纜道(dao)流速儀(yi)測量和(he)超聲流(liu)量計測(ce)量的流(liu)⚽量最爲(wei)相近。超(chao)🐉聲測量(liang)的水深(shen)🌈與糙率(lü)拟合性(xing)較好，呈(cheng)現🈲緊密(mi)關聯狀(zhuang)态。由此(ci)可以看(kan)出，涵閘(zha)流量測(ce)量管理(li)應用超(chao)聲流量(liang)測量技(ji)術是可(ke)行的，其(qi)測量精(jing)度完全(quan)滿足工(gong)💃程測量(liang)管理要(yao)求。
　　閘涵(han)維護管(guan)理既是(shi)一個管(guan)理學課(ke)題，也是(shi)一個技(ji)術類課(ke)題，借助(zhu)技術手(shou)段實現(xian)數據化(hua)控制、維(wei)護和管(guan)理，可以(yi)使閘🔞涵(han)維護管(guan)🥰理更數(shu)據化、科(ke)學化和(he)規範化(hua)。案💃例閘(zha)涵實例(li)應用數(shu)據🌈，借助(zhu)具體流(liu)量測量(liang)實驗分(fen)析，對閘(zha)涵維護(hu)管理應(ying)💚用超聲(sheng)流🏃🏻量計(ji)測流開(kai)展專題(ti)探究，以(yi)爲同類(lei)工程應(ying)用提供(gong)研究和(he)技術參(can)考。
1超聲(sheng)流量測(ce)量原理(li)
　　時下工(gong)程選用(yong)的超聲(sheng)流量計(ji)多爲基(ji)于速率(lü)差或多(duo)普🧡勒原(yuan)理的超(chao)聲流量(liang)計，利用(yong)逆水流(liu)及順水(shui)流超聲(sheng)脈沖速(su)率差異(yi)㊙️測定流(liu)速流量(liang)。
1.1時差法(fa)超聲測(ce)定機理(li)
　　超聲測(ce)定流量(liang)實質上(shang)是借助(zhu)超聲波(bo)測定流(liu)速，然後(hou)通過特(te)定計算(suan)得到流(liu)量。當向(xiang)上遊傳(chuan)播聲波(bo)時，其波(bo)速下💛降(jiang)，向下遊(you)傳播聲(sheng)波時，其(qi)波速提(ti)高。要測(ce)定準确(que)流量，尤(you)其是對(dui)水深較(jiao)大，上下(xia)🌍遊流速(su)差異較(jiao)大的大(da)型渠道(dao)，要求應(ying)用多層(ceng)換能器(qi)，以多聲(sheng)道💚測定(ding)方法才(cai)能更加(jia)準确地(di)測出流(liu)速演變(bian)量，從而(er)㊙️準确計(ji)算出流(liu)量。時差(cha)法超聲(sheng)多聲道(dao)流速測(ce)定機理(li)示意見(jian)🈲圖1具體(ti)所示。

　　式(shi)中:θ爲流(liu)向與波(bo)向夾角(jiao);L爲聲道(dao)長度;v爲(wei)流速均(jun)值;T爲順(shun)逆流時(shi)間均值(zhi);ΔT爲順逆(ni)流的時(shi)間差;i爲(wei)聲道數(shu);H爲水深(shen);Ki爲聲道(dao)加權積(ji)分💰常數(shu)，B=(B1+B2)/2。
1.2多譜勒(le)頻移測(ce)流機理(li)
　　多普勒(le)頻移測(ce)流是借(jie)助聲波(bo)多普勒(le)頻移率(lü)測量而(er)推🈲算出(chu)閘涵流(liu)量的方(fang)法。超聲(sheng)發生器(qi)與流體(ti)顆粒間(jian)存在着(zhe)相對運(yun)動關系(xi)，流速和(he)相對運(yun)動形成(cheng)反射波(bo)💞的多普(pu)勒頻移(yi)現象，在(zai)反射波(bo)和入射(she)波間形(xing)成差異(yi)頻率。測(ce)定了這(zhe)些差異(yi)頻率，就(jiu)🈲能求解(jie)出對應(ying)的流速(su)📱，進而得(de)到流量(liang)。爲了更(geng)加有效(xiao)地獲取(qu)多普勒(le)頻移信(xin)号，超聲(sheng)多普勒(le)頻移流(liu)量計一(yi)般均選(xuan)用收發(fa)一體的(de)換能器(qi)🌈，具體見(jian)圖💔2所示(shi)。

　　在上述(shu)頻移流(liu)量推算(suan)式中，K=2/(n+1)，c代(dai)表介質(zhi)波傳速(su)率;θ爲波(bo)流夾角(jiao);f0代表波(bo)源波頻(pin);Δf多普勒(le)均量頻(pin)移，n的取(qu)值可以(yi)具體見(jian)表🈲1所示(shi)🌈。

2超聲流(liu)量計在(zai)李家岸(an)引黃閘(zha)流量測(ce)量實驗(yan)中的應(ying)用🍉研究(jiu)
2.1李家岸(an)引黃閘(zha)運行現(xian)狀
　　李家(jia)岸引黃(huang)閘位處(chu)黃泛沖(chong)積平原(yuan)，擔負着(zhe)附近六(liu)個縣(市(shi))的引黃(huang)灌溉及(ji)地區生(sheng)活和工(gong)業用水(shui)任務。該(gai)閘🤞涵爲(wei)箱式鋼(gang)筋混凝(ning)土構造(zao)，全長81m，屬(shu)1級建築(zhu)，3聯9孔，每(mei)孔㊙️3m淨寬(kuan)，3m淨高，校(xiao)核🏃🏻‍♂️防洪(hong)水位40．52m，設(she)計防洪(hong)水位39．52m，設(she)計，胸牆(qiang)頂高度(du)28．88m，底闆高(gao)度25．88m，堤頂(ding)📧高度41．62m，機(ji)架橋頂(ding)高度42．00m，閘(zha)前減壓(ya)平台高(gao)度32．50m，防沙(sha)閘門機(ji)架橋高(gao)度38．50m，現有(you)堤🔅頂高(gao)度39．00m，最高(gao)設😍計運(yun)行水位(wei)36．29m，設計灌(guan)溉引水(shui)位是28．10m。地(di)方閘管(guan)所出于(yu)規⭐範化(hua)管理的(de)需要，已(yi)對其上(shang)下遊水(shui)位、流速(su)和流量(liang)實施了(le)超聲實(shi)時監測(ce)，現場數(shu)據♌經過(guo)線纜傳(chuan)至監控(kong)室計算(suan)機系統(tong)，然後以(yi)微波技(ji)🍓術上傳(chuan)給黃委(wei)以及省(sheng)市河務(wu)管理局(ju)。
2.2流量測(ce)量實驗(yan)
　　實驗結(jie)合灌區(qu)放水實(shi)施.涵洞(dong)閉啓遵(zun)循該閘(zha)工程操(cao)作💰規範(fan),流♋量控(kong)制在每(mei)秒100m'的标(biao)準範圍(wei)内,參考(kao)灌區放(fang)水一般(ban)規🥰律,依(yi)照每秒(miao)15m'的級差(cha)，選取确(que)定每秒(miao)100、80.65、50、35、20m'等六個(ge)🐆等級實(shi)🥵施。最小(xiao)涵内水(shui)深不低(di)于0.7m,以保(bao)障方🌏便(bian)流速監(jian)測和流(liu)量計算(suan)。保持各(ge)涵洞水(shui)位基本(ben)一🔴緻。糙(cao)率又稱(cheng)粗糙常(chang)數,一般(ban)以n表示(shi),是㊙️反映(ying)渠壁面(mian)🎯粗糙狀(zhuang)态之對(dui)水流影(ying)響的一(yi)個綜合(he)常數值(zhi)。粗糙常(chang)數n跟水(shui)💰深、流量(liang)以及渠(qu)槽表面(mian)粗糙程(cheng)度密切(qie)相關.如(ru)果水流(liu)挾帶泥(ni)🈲沙，則水(shui)流含沙(sha)量大🏒小(xiao)也對糙(cao)率n有影(ying)響。對案(an)例引黃(huang)涵閘來(lai)說,一定(ding)程度存(cun)在床面(mian)相對粗(cu)糙、斷面(mian)不規整(zheng)和水流(liu)含沙量(liang)相對大(da)等🔞具體(ti)情況,所(suo)以參考(kao)實測♊和(he)相關推(tui)算,确定(ding)最小n值(zhi)在0.035,最大(da)n值在0.100。
2.2.1超(chao)聲流量(liang)計安裝(zhuang)步驟
(1)安(an)裝主機(ji):主機安(an)裝主要(yao)注意電(dian)源線和(he)射頻信(xin)号✌️電纜(lan)🐕的正确(que)接連。連(lian)接電源(yuan)線要選(xuan)取電壓(ya)穩定的(de)電源，如(ru)果電源(yuan)🐆電壓穩(wen)态不滿(man)足要求(qiu)時，應考(kao)慮使用(yong)穩壓器(qi)，以确保(bao)電源電(dian)壓符合(he)主機的(de)要求。架(jia)設信号(hao)電纜,其(qi)兩端須(xu)給與一(yi)定的識(shi)别标記(ji),以防止(zhi)電纜與(yu)主機💚及(ji)換能器(qi)連接時(shi)因不易(yi)分辨而(er)導緻🏒錯(cuo)誤連接(jie)。
(2)安裝換(huan)能器:實(shi)驗選用(yong)時差型(xing)超聲波(bo)流量計(ji)測定🐆流(liu)速,測量(liang)探✂️頭爲(wei)換能器(qi).每涵安(an)裝--對洞(dong)，與主機(ji)通過信(xin)♌号電纜(lan)相連。安(an)裝換能(neng)器重要(yao)的是換(huan)能器定(ding)位,即找(zhao)✌️出涵洞(dong)兩邊換(huan)能器安(an)裝的準(zhun)🌈确部位(wei),涵洞中(zhong)心線與(yu)換能器(qi)的聲路(lu)夾角通(tong)常都選(xuan)取45o,通常(chang)選用激(ji)光經緯(wei)定位儀(yi)測量比(bi)較準确(que)。換能器(qi)安裝好(hao)後,要準(zhun)确測🌈出(chu)聲路角(jiao)、聲路高(gao)、聲路長(zhang)等換能(neng)器現場(chang)安裝狀(zhuang)态基本(ben)🈲參數。.
(3)安(an)裝超聲(sheng)水位計(ji):不但要(yao)有流速(su)數據,還(hai)須掌握(wo)水斷☔:面(mian)面積,才(cai)能實現(xian)超聲測(ce)定流量(liang)。涵洞斷(duan)面--般情(qing)況下都(dou)是确定(ding)的,所以(yi)隻要測(ce)出水面(mian)高程,過(guo)水斷‼️面(mian)的面積(ji)也就能(neng)通過計(ji)算得出(chu)。超聲水(shui)位計就(jiu)是用來(lai)測定水(shui)面高程(cheng)的。在超(chao)聲流量(liang)計的傳(chuan)感器連(lian)線正中(zhong)點的正(zheng)上方涵(han)洞💋頂闆(pan)，爲安裝(zhuang)超聲水(shui)位計的(de)正确位(wei)置,見🤞圖(tu)3具體所(suo)示。

2.2.2流量(liang)測量方(fang)法及步(bu)驟
(1)測量(liang):在确定(ding)一個工(gong)況組合(he)後,同步(bu)實施各(ge)種測量(liang)，主要有(you)📐:設備測(ce)流,确定(ding)标準流(liu)量;各個(ge)洞内水(shui)位計測(ce)各涵水(shui)位，微機(ji)機自動(dong)🈲推算該(gai)時段的(de)水位均(jun)值👄;各個(ge)洞内流(liu)量計測(ce)定流速(su)，微機自(zi)動推算(suan)測驗時(shi)段的流(liu)速⭐均值(zhi);參考🥵對(dui)應底闆(pan)高度,各(ge)個涵洞(dong)觀測出(chu)口和距(ju)離出口(kou)3m處的水(shui)位,不間(jian)斷觀🧑🏽‍🤝‍🧑🏻測(ce)或者每(mei)1min觀測--次(ci),之後微(wei)機推算(suan)水深,分(fen)别算出(chu)一個測(ce)驗時段(duan)👣的水位(wei)均值;與(yu)此同時(shi)參考對(dui)應底⛱️闆(pan)高度推(tui)算水深(shen)✍️。
(2)推算各(ge)洞流量(liang):首先确(que)定一個(ge)糙率常(chang)數n,應用(yong)前述測(ce)定的水(shui)💁深數據(ju)推算出(chu)各涵洞(dong)的流量(liang)Q。與标準(zhun)流量Q比(bi)‼️較檢測(ce)EQ,是否相(xiang)等。假🏒如(ru)不是相(xiang)等,則需(xu)對糙率(lü)常數n進(jin)行必要(yao)調整。多(duo)次不停(ting)觀測，直(zhi)🔞到發現(xian)n0始終在(zai)一定範(fan)圍内循(xun)環變化(hua),則在其(qi)中最終(zhong)選取一(yi)-個🔞中間(jian)值供計(ji)🙇🏻算所用(yong)。
3實驗結(jie)果分析(xi)
　　參考測(ce)得的水(shui)位h和設(she)定的不(bu)同糙率(lü)常數n,分(fen)别利用(yong)纜道流(liu)速儀、超(chao)聲流量(liang)計、洩流(liu)曲線查(cha)算以及(ji)公式計(ji)算,對流(liu)量實施(shi)了多次(ci)比測。在(zai)滿足士(shi)5%允許誤(wu)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻差情況(kuang)下,選用(yong)統計解(jie)🏃‍♀️析方法(fa)對數據(ju)實施篩(shai)選處理(li),獲得了(le)滿足實(shi)驗解析(xi)的樣本(ben)系列,具(ju)🐕體見表(biao)2和圖4所(suo)示。借助(zhu)計算機(ji)對實驗(yan)數據實(shi)施拟合(he)計算,得(de)到了水(shui)深h與糙(cao)㊙️率常數(shu)n的拟合(he)曲線，具(ju)體見圖(tu)5所示。

　　從(cong)圖表數(shu)據比測(ce)結果中(zhong)看到,四(si)類測量(liang)結果相(xiang)互⛱️差别(bie)非💛常小(xiao),其中查(cha)算洩流(liu)曲線獲(huo)得的流(liu)量誤差(cha)最大⁉️,而(er)纜道流(liu)速儀測(ce)量和超(chao)聲流量(liang)計測量(liang)的流量(liang)最爲相(xiang)近。超聲(sheng)測量的(de)水深與(yu)糙率拟(ni)合性較(jiao)好,呈現(xian)緊密關(guan)聯狀态(tai)。由此可(ke)以看出(chu),涵閘流(liu)量測量(liang)管理應(ying)用超聲(sheng)流量測(ce)量技術(shu)是可行(hang)的,其測(ce)量精度(du)完全滿(man)足⭐工程(cheng)測量管(guan)理要求(qiu)。

4結語
　　閘(zha)涵實例(li)應用數(shu)據,借助(zhu)具體流(liu)量測定(ding)試驗解(jie)析,對閘(zha)🌏涵規範(fan)化維護(hu)管理應(ying)用超聲(sheng)流量計(ji)測流進(jin)行專題(ti)探讨。基(ji)本收獲(huo):(1)梳理介(jie)紹了超(chao)聲流量(liang)測量原(yuan)理;(2)開展(zhan)了應用(yong)超聲流(liu)量計進(jin)行閘涵(han)流量在(zai)線自動(dong)化測量(liang);(3)對實驗(yan)結果進(jin)行了直(zhi)方和拟(ni)合比對(dui)分析。實(shi)驗得🚶出(chu)的現實(shi)和前瞻(zhan)性判斷(duan)是:(1)超聲(sheng)流量計(ji)可以對(dui)引黃涵(han)閘進行(hang)在線自(zi)動化測(ce)流，能夠(gou)幫☁️助工(gong)程管理(li)人員對(dui)涵閘運(yun)行實現(xian)閘門開(kai)閉控制(zhi)和開展(zhan)數據實(shi)時監測(ce)、存儲和(he)報送;(2)超(chao)🐪聲流量(liang)測量，其(qi)精度誤(wu)差可以(yi)控制在(zai)+5%範圍以(yi)内,精度(du)滿足規(gui)範管理(li)需要;(3)流(liu)量監測(ce)系統數(shu)據能夠(gou)一并傳(chuan)輸到黃(huang)委和省(sheng)市專業(ye)管理局(ju),并㊙️入涵(han)閘遠程(cheng)監控系(xi)統,涵🏃閘(zha)數據管(guan)理遠程(cheng)化、實.時(shi)化和👅信(xin)息化質(zhi)量大幅(fu)提升;(4)可(ke)以借助(zhu)計算機(ji)系統的(de)強大功(gong)能,建立(li)實時涵(han)閘信息(xi)數據庫(ku),自動實(shi)施數據(ju)備份、轉(zhuan)儲功能(neng),保障了(le)曆史數(shu)據的安(an)全性;對(dui)接收🐇到(dao)的諸種(zhong)數據統(tong)計♈解析(xi),自動生(sheng)🍓成日、月(yue)、年報表(biao),并對曆(li)史數據(ju)按諸多(duo)條件實(shi)施查詢(xun)、記錄、修(xiu)改🚶‍♀️及打(da)印,應用(yong)數據化(hua)信息開(kai)展規範(fan)化管理(li)的📐效率(lü)更高,效(xiao)果更🏒好(hao);(5)水流量(liang)實時監(jian)測及信(xin)息化處(chu)理，可爲(wei)涵閘按(an)量刷卡(ka)引水供(gong)水提供(gong)技術發(fa)展空間(jian)。

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