1、江西水利科技JIANGXIHYDRAULICSCIENCE&TECHNOLOGYDOI：10.3969/j.issn.1004-4701.2013.02.08聲學多普勒流速儀量水自動測報系統在灌區明渠中的應用何振（江西省贛撫平原水利工程管理局，江西南昌330096）摘要：贛撫平原灌區明渠量水自動測報系統的建成為灌區實施動態計劃用水、科學調配創造了條件，大大提高了對水資源的宏觀調控能力，使得工程運行更加安全可靠，防汛抗早有了技術支撐，實現了水資源的優化配置.本文詳細介紹了聲學多普勒流速儀量水自動測報系統在贛撫平原灌區的應用及效果.關鍵詞：贛撫平原：渠道坦水：自動測報:水資源中圖分類號：T

2、P29S274.4文獻標識碼：B1灌區概況江西省贛撫平原灌區位于江西省中部偏北的贛江和撫河下游三角洲平原地帶，地跨撫州、宜春、南昌三市7個縣（市、區）37個鄉鎮；設計灌溉面積8xl（rhm2,排澇面積4.67X104hn?,是同時具有防洪、工業供水、生活供水、環境供水，水力發電、內河航運等功能的大型綜合開發水利工程。工程分東、西2條總干,7條干渠，總長280.57km,分支渠以及斗農渠通向各片灌溉農田的支斗農渠近600條，總長約1600km,灌溉網遍布整個贛撫平原。灌溉渠系建筑物有大型建筑物15座及中小型建筑物3600座。2灌區傳統量測水工作情況贛撫平原灌區建成后，改變了以往易澇易旱現象，方便

3、了人民群眾農業生產灌溉、工業生產、生活、生態環境用水以及通航和發電需要，在灌區農業生產雙搶用水的高峰期以及降雨偏少的干旱年景，灌區的作用更是顯著。為了解灌區渠道水利用系數等情況時才會采用以流速儀測量為手段的量測水措施，進彳子渠道流文章編號：1004-4701（2013）02】14-04量測量工作。在灌區平常開展的量水工作中，灌區東干渠渠首采用閘后水位H2與渠道流量Q建立東干渠HlQ關系曲線，進行渠道流量測算；西總干渠利用水工建筑物建立焦石閘IIuQe關系表進行流量測算，西總干天王渡節制閘利用水工建筑物建立天王渡節制閘zQe關系表進行流量測算，其他干渠以下渠道量水設施較少，且量水精度低。隨著社會

4、的發展和進步，灌區渠道量測水工作逐步開展，伴隨著灌區渠系配套整治工作的開展，二干等幾條干渠和天王渡節制閘渠首下游處均修建以量測水為目的的標準斷面.在其他分支斗衣渠上建成了多處以量水槽形式和無喉量水堰等量水設施，并開展灌區鼠水試驗工作。3灌區明渠量水自動測報系統的應用根據灌區情況，贛撫平原灌區試點建設了兩套明集測流設施，選用美國LinkQuest.Inc公司生產的聲學多普勒流速儀FlowScout2000進行測流，由南京亞楠鴻業科技有限公司、南京靈快水測量技術有限公司、江西省贛撫平原水利工程管理局共同完成此項工作。3.1測流設施布置情況收稿日期：2013-04-03作者簡介：何振（1983-）,

5、男，工程碩士，工程師.作為用以計算和分配用水戶需水量的設施，觀測從五干渠引入的水量，分別在梧崗閘入水口、胡惠元閘出水口各安裝1套聲學多普勒流速儀FlowScout2000o這兩座閘位于五干渠進水閘下游約900m,梧崗閘入水口為混凝土矩形斷面，渠底寬5m；胡惠元閘出水口為混凝土矩形斷面，渠底寬6m,兩座閘的主要功能為供應城市環境用水。3.2系統組成該系統主要配置設備包括聲學多普勒流速儀FlowScout2000流速測量傳感器探頭.FlowScout2000流速流量積算儀、水位計、GPRS通訊基站通訊系統、安裝支架及電源系統組成（見圖1）。計算機圖1系統組成結構圖3.3聲學多普勒流速法流量測量原理

6、聲學多普勒流速法流量測屋的工作原理是：將聲學多普勒流速測量傳感器探頭固定安裝在水面下某一水深處，使聲學多普勒探頭上的聲學傳感器位于水下，聲學多普勒傳感器成一定角度向對岸發射超聲波，超聲波遇到水中和水一起流動的懸浮物會產生反射，部分聲波反射至發射端被聲學多普勒流速測量傳感器接收，且反射回來的聲波頻率隨流速的大小而發生變化，根據頻率大小可計算出各層水流某一段上各點的矢量流速。只要測驗范圍達到斷面主槽，就能建立穩定的層流速與斷面平均流速的關系。另外需測量水深,根據水深和儀器安裝高程算出水位，由水深和渠道寬度得到過水面積。現場數據采集儀利用聲學多普勒流速測量傳感器提供的流速數據，以及浮子式水位計測出的

7、水位數據，實時計算流最（見圖2）。3.4FlowScout2000流速流量積算儀簡介流速流量積算儀用于現場流速數據和水位數據的采集及流速的計算存儲和流量的計算存儲，并且為RTU提供數據輸出接口，接口形式為RS232以及RS485OFlowScout2000流速流量積算儀功能：實時接收聲學多普勒傳感器流速信息；實時接收浮子式水位數據；通過河道斷面計算河道流量；可以設置水深分界點，深水狀態為流速、水位、斷面數據一起綜合計算流扭；淺水狀態時為水位-流量關系計算流量；現場存儲管理流蜃、流速、水位數據，存儲容量2MB；并帶RS232、RS485通訊端口。3.5系統測量結果分析圖2聲學多普勒流速儀測童流速

8、針對聲學多普勒流速儀自動測報系統的主要測量的結果的流屋。，對梧崗閘、胡惠元閘的測報記錄數據與采用人工流速儀精確測量的數據進行對比的方法，分別進行了測試分析(見表1、表2)。對比分析計算結果表明，自動測報系統的測量結果相對偏差均小于5%o3.6安裝、使用及維護過程中應當注意的一些事項3.6.1安裝時應注意事項(1) 為避免渠道水草雜物對傳感器的影響，應將傳感器安裝在PE管道內的底部支架上，PE管道固定在渠堤岸邊。底部支架能上下升降，便于傳感器檢測檢修。在圓管底部上方50mm開孔。開孔高度約為300mm,開孔角度約為40。向上游開孔角度約為10。,下游開孔角度約為30。開孔處外加導聲玻璃。(2)

9、固定PE管，內置傳感器支架采用鋼絲繩升降。將支架放入PE管底部時，應對準槽鋼基礎卡口。(3) 圓管頂部及積算儀、GPRS模塊需做防盜設施，避免人為破壞。(4) 測量渠道流量，要求流態穩定。應選擇渠道順直，工作環境比較好的渠段，避免在紊流區測量c3.6.2使用時應注意事項(1) 傳感器在連接積算儀工作時不要將其暴露在空氣中。如果渠道停水，水位即將降到傳感器位置時，應事先關閉電源。停止測量前，應先將電源開關關閉后再將傳感器從水中拿出。(2) 積算儀內置鋰電池，在不用的情況下應注意關閉積算儀電源。在電量:不足的情況下，應及時充電，避表1聲學多普勒流速儀測結果精度分析計算表(測站名稱：梧崗閘)測址日期

10、(2012年)時間人工測段流量/(m3-s-')流段計測鼠流量/(m-s-*)絕對偏差/(m3-s-')相對偏差/%5月21日10：09-10：197.557.22-0.33-4.377月2日8：57-9：037.758.090.344.387月31日9：01-9：156.66.910.314.708月16日10：49-10：547.658.030.384.979月18日9：10-9：205.245.500.264.9610月23日15：15-15：251.91.84-0.06-3.16表2聲學多普勒流速儀測結果精度分析計算表(測站名稱：胡惠元閘)測敏日期(2012年)時間人工

11、測員流量/(m3-s-')流址計測鼓流址/(m3s-i)絕對偏差/(mW)相對偏差/%5月21日10：51-11：115.575.44-0.13-2.337月2日9：33-9：445.765.800.040.697月31日9=28-9405.765.56-0.20-3.478月16日10：35-10：486.015.71-0.30-4.999月18曰9：50-10：006.756.57-0.18-2.6710月23日16：00-16：206.155.85-0.30-4.87免電池放電過度而損壞。(3) 由于儀器內配置有電子羅盤，所以在測量中應盡量避免強磁性環境。(4) 通過網絡每天查看

12、流量報表，檢查GPRS通訊狀態，實時采集瞬時流量、小時流量，觀察流最數據變化規律，發現異常及時排除。3.6.3維護注意事項(1) 每月一次對系統進行人工測流,將人工測流數據與流量計測流數據進行校測比對。發現異常,應及時對流量計進行率定。(2) 每季度一次清洗傳感器探頭。清除附著在傳感器表面的污垢、雜物。(3) 每年一次對系統防雷接地進行檢測。確保防雷設施、接地系統安全可靠。3.6.4存在的問題通過人工測流與流量計測流數據比對，二者數據偏差在5%之內，有的是上偏差、有的是下偏差，說明系統穩定性仍然不夠。渠道雜草漂浮物有時會附著在內置傳感器的PE管壁上，影響系統數據準確性，需不定期人工清理。4灌區

13、明渠量水自動測報系統應用效果4.1為灌區防洪度汛安全提供保障本灌區為降雨集中區，雨季降雨頻繁，強度大，易形成暴雨，造成渠道水位上漲，調控不及時，往往會造成暴雨洪水漫渠堤。例如本灌區西總干渠末端在2012年8月下旬的特大暴雨中日降雨量高達140mmo應用該系統后，解決了該灌區工程管理防汛中的難題，自動測報系統能實時監控灌區渠道水位水量變化情況，及時調控渠道水位流it,避免決堤及渠道水位突變引起渠系和建筑物破壞等事故的發生，為灌區防洪度汛調度及工程安全運行提供了可靠保障。4.2科學調配水資源,實現水資源優化配置灌區明渠量水自動測報系統的建成，為灌區實施動態計劃用水、科學調配創造了條件，可及時掌握灌

14、區用水情況，根據灌區來水量與用戶需水情況，編制科學的供配水計劃，大大提高對水資源的宏觀調控能力，可提高渠系有效利用系數，節約用水、有效控水、科學管水、提高經濟效益，促進灌區水資源綜合利用效益的提高，在水資源日趨緊張的情況下，為灌區水資源平衡，合理調度提供依據和保障，實現水資源優化配置，提高水資源利用率，在確保農田灌溉的前提下，提高了江西南昌鋼鐵有限責任公司工業用水、南昌縣縣城生活用水、南昌市環境供水等非農供水的比重，增加了灌區非農供水經濟效益。4.3用水計量精度提高,為水費收繳提供了技術保障該系統實行水位流量實時遙測，水位流量可實時分段計量，解決了人工觀測的誤差,使用超聲波流量計,測量精度高，

15、計量準確，體現了供用水計量的公平性。例如我們在五干渠梧崗閘、胡惠元閘安裝的渠道最水自動測報系統，主要是計量南昌市象湖、青山湖、玉帶河城市環境供水；通過2年來計撾分析，促進了配水計劃的執行與協調，保證了用水計量:和收費額度的準確性，減少了用水戶不合理的水費負擔，供、用水戶矛盾大大減少，增強了供水方和用水戶之間的相互信任，為水費收繳提供了可靠的依據和保障。4.4改善了工作環境，減輕了管理人員勞動強度，提高了工作效率以前，每站需派專業人員觀測渠道水位，采用人工測量方法，每測一次需23人，一天只能測23個斷面流量，工作辛苦、勞動強度大。應用該系統后，由原來的現場測流變為室內遙測，改善了信息收集、傳輸條

16、件，降低了勞動強度，縮短了信息收集處理時間，提高了工作效率，減少了管理人員，節省了開支。5結語贛撫平原灌區明渠聲學多普勒流速儀量水自動測報系統的試點建設，使得工程運行更加安全可靠，防汛抗早有了技術支撐，為科學調配水資源、實現水資源優化配置，提高水資源利用效率，為灌區實施按方計最收費，實現水費收繳公開、公平、公正創造了條件，改善了測流人員工作環境，降低了勞動強度，提高了工作效率，節省了開支，有必要進行進一步推廣。Theapplicationofacoustic-dopplervelocimeterautomaticmeasuringandanalyzingsystemonGanfuPlainIr

17、rigationarea'sopenchannelHEZhen(JiangxiProvincialGanfuPlainHydraulicEngineeringAdministration*Nanchang330096.China)Abstract:TheautomaticmeasuringandanalyzingsystemwhichcreatetheconditionsfordynamicwaterplanandthedeploymentofscienceonGanfuPlainIrrigationAreawasbuilt.Thisgreatlyimprovethemacro-controlcapacityofwaterresources*maketheprojectmoresafelyandreliablyoperateandprovidethetechnicalsupportforfloodcontrolanddroughtreliefandachievethe