摘要:某(mou)标段施工(gong)多條隧洞(dong)，且要求每(mei)條隧洞排(pai)水🔆單獨量(liang)測，前期采(cai)用“接管式(shi)”智能電磁(ci)流量計 、 “外(wai)夾式”超聲(sheng)波流量計(ji) 、傳統“三角(jiao)”量水圍堰(yan)監控量測(ce)隧洞排水(shui)量，均未滿(man)足相關🌂要(yao)🌈求，對排水(shui)計量造成(cheng)較大影響(xiang)。後通過對(dui)傳統“三角(jiao)(或矩形)”量(liang)水圍🈲堰配(pei)電感傳感(gan)器及巴歇(xie)爾槽配明(ming)渠流量計(ji)方🧑🏾‍🤝‍🧑🏼案的比(bi)選，最終選(xuan)用後者，目(mu)前已成功(gong)運行1ta,量測(ce)結果獲得(de)參建各方(fang)一緻認可(ke)，同時巴歇(xie)爾.槽配流(liu)量計量測(ce)隧洞排水(shui)已在滇中(zhong)🧡引水工程(cheng)多個🏒标段(duan)推廣應用(yong)🌈。
1概述
1.1工程(cheng)概況
　　滇中(zhong)引水工程(cheng)麗江段施(shi)工2标香爐(lu)山隧洞排(pai)水量估算(suan)值爲138m'/h至919m/h,最(zui)開始采用(yong)“外夾式”超(chao)聲波流量(liang)計進🧡行隧(sui)洞排水量(liang)🐉測[1]，由于隧(sui)洞排水内(nei)石粉、水泥(ni)漿、泥沙等(deng)含量較高(gao)，且含量不(bu)均勻，緻使(shi)量測數據(ju)出現不規(gui)律性跳躍(yue),精度🛀無法(fa)保障。後采(cai)用“接管式(shi)”智能❓電磁(ci)流量計量(liang)測隧洞排(pai)水，使用約(yue)1個月左右(you)，石粉🚶、水泥(ni)漿等附着(zhe)于電磁流(liu)量計❓内壁(bi)，緻使電磁(ci)流量計不(bu)能再讀取(qu)數據，需頻(pin)繁更換，且(qie)更換期間(jian)無法量測(ce)隧洞排水(shui)。最終在滇(dian)中引水工(gong)程所有标(biao)段中，該标(biao)段最先引(yin)進巴歇爾(er)槽[2]配♊超聲(sheng)波明渠流(liu)量計31量測(ce)隧洞排水(shui)，量測數據(ju)正确、穩定(ding)，獲取數據(ju)方便、時效(xiao)性高，目前(qian)已在滇中(zhong)引水工程(cheng)多個标段(duan)推廣🔴應用(yong)👄。
1.2基本地質(zhi)條件.
　　該标(biao)段隧洞區(qu)岩石風化(hua)主要爲碳(tan)酸鹽岩溶(rong)蝕性風🛀🏻化(hua)及非碳酸(suan)鹽岩均勻(yun)性風化兩(liang)大類型。碳(tan)酸鹽岩其(qi)溶蝕💃🏻風化(hua)🌈程度在平(ping)面上和垂(chui)向上差異(yi)均較大，三(san)疊系上統(tong)中窩組✉️(T;z)溶(rong)蝕風化程(cheng)度較弱，中(zhong)統北衙組(zu)(T2b2)灰岩溶蝕(shi)風化程度(du)最強，其強(qiang)溶蝕風化(hua)帶厚🔴度--般(ban)200~400m。斷裂帶部(bu)位因其岩(yan)體破碎,地(di)下水活動(dong)強烈,風化(hua)程度明顯(xian)增強。标段(duan)總體深埋(mai)，隧洞主要(yao)位于微新(xin)岩帶，但沿(yan)斷裂帶有(you)風化加劇(ju)現象。隧洞(dong)區中等~強(qiang)透水岩層(ceng)主要💋集中(zhong)在Tb2、T2z、T,b1-2灰岩、白(bai)雲質灰岩(yan)、泥質灰岩(yan)段和松桂(gui)組(Tsn)砂岩段(duan)，随着埋深(shen)的增加(岩(yan)體風📞化減(jian)弱)岩層滲(shen)透系數有(you)減小的趨(qu)勢。标段斷(duan)裂主要爲(wei)壓扭性💋斷(duan)裂，其順斷(duan)層方向一(yi)般屬中等(deng)~強透水，垂(chui)直斷層方(fang)向一般爲(wei)屬弱透水(shui)。
1.3地下水特(te)征
　　紅麥盆(pen)地以北，隧(sui)洞僅少量(liang)洞段涉及(ji)拉什海岩(yan)溶水系統(tong)☀️，位于🔴吾竹(zhu)比向斜核(he)部，緊鄰F10-3斷(duan)裂帶，地下(xia)水埋深較(jiao)大，存在深(shen)部循環，隧(sui)洞穿越存(cun)在遭遇岩(yan)溶管道産(chan)♊生湧突水(shui)的風險。紅(hong)麥盆地以(yi)南，線路平(ping)面上涉及(ji)清水江一(yi)-劍⭐川V-1岩溶(rong)水子系統(tong)。
隧洞施工(gong)可能對地(di)表水體産(chan)生影響的(de)有汝南河(he)和清水江(jiang)，以及沿線(xian)居民用山(shan)頂小泉，此(ci)外對清水(shui)江、鶴♻️慶盆(pen)地、劍川盆(pen)🍓地的部分(fen)岩溶大泉(quan)有一定的(de)影響。估算(suan)隧洞排水(shui)量爲138m3/h至919m3/h。
2流(liu)量計方案(an)比選
2.1‘接管(guan)式”智能電(dian)磁流量計(ji)
　　 電磁流量(liang)計 是基于(yu)法拉第電(dian)磁感應定(ding)律制造而(er)成的一種(zhong)流量測量(liang)儀表⭕，通電(dian)後産生磁(ci)場，隧洞排(pai)水通過磁(ci)場♈時産😘生(sheng)感應電🏃🏻動(dong)勢，傳感器(qi)電極采集(ji)感應電動(dong)勢後傳輸(shu)至轉換器(qi)，轉換器将(jiang)信号放大(da)、濾波、整形(xing)、修正等，按(an)照🤩流量公(gong)式換算出(chu)相應的流(liu)量數據，最(zui)終⛱️傳輸至(zhi)MCU形成瞬時(shi)流量、累計(ji)流量并控(kong)制輸出。流(liu)量公式如(ru)下:
E=KBVD(1)
　　式中:E-感(gan)應電壓，V;K-儀(yi)表常數;B--磁(ci)感應強度(du)，T;V-測量管面(mian)内平均流(liu)速，m/s;D-流⁉️量計(ji)的通徑，1mm。
　　現(xian)場一般将(jiang)電磁流量(liang)計安裝于(yu)排水管出(chu)口附近，兩(liang)端及排水(shui)管管口焊(han)接上法蘭(lan)盤後采用(yong)螺栓與排(pai)水管連接(jie)，電磁流量(liang)計安裝在(zai)水平管道(dao)較低處或(huo)者管👉道上(shang)升處，确保(bao)測量精度(du)不受現場(chang)客觀因素(su)影響,電🈲磁(ci)流量計🈲的(de)主要精度(du)等級有0.3級(ji)、和0.5級。
根據(ju)現場實踐(jian)該流量計(ji)優缺點如(ru)下:
1)優點。①具(ju)有雙向測(ce)量系統;②傳(chuan)感器安裝(zhuang)所需的直(zhi)管段大于(yu)5倍的管道(dao)直徑即可(ke);③壓力損失(shi)小;④無阻礙(ai)流動部件(jian)，無壓損。
2)缺(que)點。①測量介(jie)質電導率(lü)-般需大于(yu)5us/cm，測量始動(dong)流速一般(ban)需❓大于🥵0.5m/s;②測(ce)量介質的(de)溫度受限(xian)于襯裏材(cai)質，對于高(gao)溫介質的(de)測量效果(guo)不佳;③無法(fa)測量氣體(ti)、蒸氣等介(jie)質;④測量電(dian)極長時間(jian)工作，可能(neng)會出現結(jie)垢情況，需(xu)清潔後才(cai)可測量;⑤用(yong)電消耗較(jiao)大，不宜使(shi)用電池📞供(gong)電;⑥由于工(gong)程隧洞滲(shen)水較大，施(shi)工過程中(zhong)灌漿較爲(wei)頻繁，隧洞(dong)排水内石(shi)粉、水泥🐪殘(can)漿等雜質(zhi)較多，流量(liang)計内壁很(hen)容易🔅被損(sun)壞，嚴重影(ying)響流量計(ji)測量精度(du)及使用壽(shou)命，平均兩(liang)個月需更(geng)換1次。
2.2外夾(jia)式”超聲波(bo)流量計
　　 超(chao)聲波流量(liang)計 是根據(ju)聲波在被(bei)測介質中(zhong)的傳播速(su)度制造而(er)成的一種(zhong)流量測量(liang)儀表，在被(bei)測介質中(zhong)的傳播速(su)度爲被測(ce)介質的🏃‍♂️平(ping)均流速與(yu)聲波本身(shen)速度的幾(ji)何和，使用(yong)時局限性(xing)較強。流量(liang)計算公式(shi)如下:
 
　　式中(zhong):c一靜止流(liu)體中的聲(sheng)速，m/s;ʋ一-流體(ti)流速,m/s;θ一流(liu)體靜止時(shi)🔴超🤩聲軌迹(ji)與管道軸(zhou)線之間的(de)夾角，°;D-管道(dao)直徑，1mm;r←超聲(sheng)波在⭕管壁(bi)内和電脈(mo)🚶‍♀️沖信号在(zai)電路中傳(chuan)輸所産生(sheng)的滞後時(shi)💃間的總和(he)，s。
 
　　根據現場(chang)實踐該流(liu)量計優缺(que)點如下:
1)優(you)點。超聲波(bo)流量計現(xian)場無需破(po)管、現場便(bian)于安裝♋。
2)缺(que)點。①超聲波(bo)流量計測(ce)量範圍和(he)精度不高(gao)、抗幹擾能(neng)力差;②使用(yong)壽命短(一(yi)般精度隻(zhi)能保證1a);③儀(yi)表計算時(shi)采用的🐕流(liu)體密度✊是(shi)人📱爲設定(ding)密度,流體(ti)溫度發生(sheng)變化後密(mi)度随之改(gai)🏃‍♀️變,導緻測(ce)量的流量(liang)值與實際(ji)值存在差(cha)異，從而影(ying)響測量精(jing)度。
2.3傳統“三(san)角(或矩形(xing))”量水圍堰(yan)配電感傳(chuan)感器
　　電感(gan)傳感器[6]主(zhu)要利用電(dian)磁感應原(yuan)理将被測(ce)非電量如(ru)位移、壓力(li)、流量、振動(dong)等轉換成(cheng)線圈自感(gan)量L或💋互感(gan)量M的變化(hua)，再由測量(liang)電路轉換(huan)爲電壓或(huo)電流的變(bian)化量輸出(chu)
　　在傳統“三(san)角(或矩形(xing))”量水圍堰(yan)[7]内安裝電(dian)感傳感器(qi)，電感傳感(gan)器将其四(si)周水位産(chan)生的壓力(li)及流速轉(zhuan)🏃‍♂️化爲電流(liu)或電壓，通(tong)過電纜數(shu)據線傳輸(shu)至控制箱(xiang)，再通過🎯信(xin)号發❌射裝(zhuang)置發送至(zhi)信号收集(ji)裝置，最終(zhong)👈可直接讀(du)取排水瞬(shun)時流量和(he)累計流量(liang)。“矩形”量水(shui)圍堰測量(liang)原理見圖(tu)1，流量計算(suan)公式如下(xia):
 
　　式中:B一堰(yan)闆總寬(水(shui)槽内側寬(kuan)度)，m，b一堰闆(pan)缺口寬度(du),m,p-堰高🍓,m,h-堰上(shang)水👉頭高度(du),m。.
根據現場(chang)實踐該流(liu)量計優缺(que)點如下:
1)優(you)點。①結構簡(jian)單、工作可(ke)靠;②測量精(jing)度高、零點(dian)穩定;③輸㊙️出(chu)功率較大(da);④可采用太(tai)陽能闆提(ti)供電源，清(qing)潔、環保。
2)缺(que)點。如果隧(sui)洞排水内(nei)石粉、水泥(ni)殘漿等易(yi)附着性物(wu)質⭐較多，傳(chuan)感器容易(yi)損壞、更換(huan)頻率極高(gao)，維護成本(ben)較高。
2.4巴歇(xie)爾槽配明(ming)渠流量計(ji)
　　巴歇爾槽(cao)[8]配明渠流(liu)量計自動(dong)監測系統(tong)由巴歇爾(er)💘槽、數采儀(yi)、阿裏雲軟(ruan)件組成，主(zhu)要設備包(bao)括:巴歇爾(er)槽、數采儀(yi)(由明🎯渠流(liu)量計📱、電纜(lan)線、數據線(xian)、控制箱、信(xin)号發射裝(zhuang)置、天線)、數(shu)據接收裝(zhuang)⛱️置、阿裏雲(yun)數據儲存(cun)🔴系統、電腦(nao)(用戶通過(guo)(網址、IP地址(zhi))調看數據(ju))，其中巴歇(xie)爾槽由上(shang)遊收縮段(duan)、短直喉道(dao)和下遊擴(kuo)散段3部分(fen)組成，分大(da)型、标準型(xing)和小型，大(da)型有8種、标(biao)準型12種、小(xiao)型5種,根據(ju)♊排水流量(liang)選擇合适(shi)的型号。
　　明(ming)渠流量計(ji) 安裝于巴(ba)歇爾槽上(shang)遊收縮段(duan)，巴歇爾槽(cao)把流量轉(zhuan)成液位，通(tong)過測量明(ming)渠流量計(ji)下方巴歇(xie)爾槽收縮(suo)段内水流(liu)的液🌍位，再(zai)根據相應(ying)巴歇爾槽(cao)的水位與(yu)📞流量的關(guan)系，通過計(ji)算公式轉(zhuan)換爲排水(shui)流量。巴歇(xie)🤞爾槽測量(liang)原理見圖(tu)2，流量計算(suan)公式如下(xia):
 
　　式中:Q-流量(liang)，L/s;C和n-常數(通(tong)過巴歇爾(er)槽的選項(xiang)，查詢對應(ying)的系數);Ha--水(shui)深液位，1m。
　　根(gen)據現場實(shi)踐該流量(liang)計優缺點(dian)如下:
1)優點(dian)。①結構簡單(dan)、工作可靠(kao),使用壽命(ming)長;②采用不(bu)鏽鋼或玻(bo)璃鋼兩種(zhong)材質可适(shi)應不同介(jie)質的需要(yao);③巴歇爾槽(cao)形成平穩(wen)雍水面，其(qi)測量的水(shui)位精度高(gao);④記錄1次數(shu)據的間隔(ge)時間可設(she)置任意時(shi)長，該工程(cheng)設置的時(shi)長爲lmin采集(ji)1次數據，更(geng)進一步提(ti)高量測數(shu)據的精度(du);⑤采用阿裏(li)雲系統存(cun)儲數據，安(an)全可靠，可(ke)以登錄網(wang)址随時随(sui)地查看數(shu)據;⑥後期維(wei)修成本低(di)，自投入使(shi)用1+a以來，尚(shang)未進行任(ren)何維修，現(xian)場一直連(lian)續采集數(shu)據且滿足(zu)施工需求(qiu)。
2)缺點。①巴歇(xie)爾槽施工(gong)較爲複雜(za)，附屬設備(bei)多，安裝費(fei)用相對較(jiao)高;②爲保證(zheng)設施的正(zheng)常運行，确(que)保其測量(liang)精度，需對(dui)槽體進行(hang)定期除鏽(xiu)、清淤、設備(bei)檢查等日(ri)常巡查，特(te)别在泥沙(sha)含量較多(duo)的渠道中(zhong)，清淤較爲(wei)頻繁;③巴歇(xie)🤟爾槽的中(zhong)心線要與(yu)🔞溝渠的中(zhong)心線重合(he)🚶，使水流進(jin)人🌈槽内不(bu)出現偏流(liu)，現場安裝(zhuang)精度要求(qiu)較高;④巴歇(xie)爾槽.上遊(you)應有大于(yu)10倍槽寬的(de)平直段，使(shi)✊水流平穩(wen)進入巴歇(xie)爾槽，現場(chang)占地面積(ji)較大;⑤數據(ju)在量測和(he)傳輸過程(cheng)👨‍❤️‍👨中易受磁(ci)場幹擾🈲，需(xu)安裝在電(dian)磁幹擾較(jiao)小的地方(fang)。
3結語
　　通過(guo)以上4種水(shui)量計量設(she)施對比,各(ge)有優缺點(dian),根據具體(ti)需求選擇(ze)适用的流(liu)量計。通過(guo)該标段多(duo)條隧👣洞排(pai)水流量計(ji)使用情況(kuang)，巴歇爾槽(cao)憑借其計(ji)量精度高(gao)、數據采集(ji)連續性🏃‍♀️強(qiang)、後續維修(xiu)較低等優(you)勢，已成功(gong)運行1+a,量測(ce)結果獲得(de)參建👉各方(fang)一緻認可(ke)，同時巴歇(xie)爾槽配流(liu)量計量測(ce)❌隧洞排水(shui)已💜在滇中(zhong)引水工程(cheng)多個标段(duan)推廣應用(yong)。同時巴歇(xie)爾槽在農(nong)業灌溉、河(he)流水量檢(jian)測、污水排(pai)放監控等(deng)領域得到(dao)廣泛🐆應🈲用(yong)。在提高水(shui)量的⛷️計量(liang)精度和加(jia)強水量計(ji)量監測管(guan)理中，有着(zhe)重要的作(zuo)用。

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