水闸是为城市供水、工农业生产供水、防洪、防潮、排涝等方面服务的重要基础设施,在社会经济发展中发挥着重要作用。为了进行水闸的科学调度,需要对其过间流量进行测算。
一、水力学法
在测算闸孔出流的流量,可使用水力学法。根据闸门上下游水位及闸门开度,通过水位、闸位、流量关系曲线求出对应的过水流量。闸孔出流受水跃位置影响可分为自由出流及淹没出流。
1、淹没出流的流量计算公式
当ht > hc”时,水跃发生在收缩断面上游,为闸孔淹没出流。
1)底坎为宽顶堰闸孔淹没出流的水力计算基本公式:
式中: σs 淹没系数μ 闸孔自由出流流量系数b 闸孔宽度 e 闸孔开度H0 闸孔全水头
2)据南京水利科学研究所的研究,淹没系数σs与潜流比(ht - hc” )/(H - hc” )有关,可由下图表查得。
2、自由出流的流量计算公式
当ht ≤ hc”时,水跃发生在收缩断面处或下游,为闸孔自由出流。底坎为宽顶堰闸孔自由出流的水力计算基本公式:
式中:μ 宽顶堰型闸孔自由出流流量系数b 闸孔宽度 e 闸孔开度H0 闸孔全水头
对于平板闸门的闸孔,流量系数μ可按南京水利科学研究所的经验公式计算:
二、声学多普勒流量计测量法
在测量水闸流量时,可采用声学多普勒流量计实现实时在线测流。
1、声学多普勒流量计技术特点
声学多普勒流量计是一款接触式声学多普勒测流设备,尤其适用于浊度大于20mg/L的流体流量测量。具有微功耗、高精度、宽量程等特点,操作简便,可同时检测流量、流速、水位、水温、剩余电量、电压等多种参数,能够很好的满足用户对于产品高精度和高稳定性的需求。具体技术特点如下:1)断面流速测量:超声波探头的测量截面为椭圆形,覆盖不同纵深的流速,更接近于断面流速;2)测量精度高:选带傅里叶变换(Zoom-FFT)算法保证测量结果稳定并具有毫米级别的速度分辨率;3)结构设计独特:通过专利保护的结构设计有效防止淤泥堵塞关键测量部位,减少流量计的维护;4)低功耗设计:嵌入式软硬件整体低功耗设计、先进的电源管理策略及科学的工作模式切换;5)应用场景广:浊度大于20mg/L的满管和非满管流量测量均可,通过选用宏电相关配件可扩展支持淤积监测功能;6)防护等级高:IP68防水防尘等级,可满足各种不同应用场合;7)电路异常保护:有过电压保护、浪涌电压保护及电源极性反接保护,避免操作失误引起的电气损坏。
2、流量计算
声学多普勒流量计实时采集的流速、水位数据,数据采集处理单元接收到流速、水位数据,计算出瞬时流量,记为Qs;再计算出累计流量,记为Q;其流量可按下式计算:Qs=AV式中A为管道过水面积,V为断面平均流速。Q= QsT