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随着工农业生产和生活用水量的增加，水资源供需矛盾日益尖锐，计划用水和水量调配工作显得越来越重要，很多场合都需要能够迅速、准确地测量明渠断面流量。
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) G# I8 p: N" M3 n/ g1 l1 ~( n 目前，国内外研究水流流量的方法主要有：垂直多普勒法、流速面积法、雷达波桥测、曲线率定法、遥感测量法、控制断面法等。流速面积法是通过将水流断面分割，采用局部测量求和的方式获得整体流量。
3 ~1 o% a; C7 u- ?/ C' O 一、水断面流量基础公式
( n( G9 g, s; c0 U. F 在某一给定的瞬间，水流流经过水断面的水量为：
4 z5 j5 D9 O; t" |# Q0 _
2 U! J$ m0 D- Q2 b' { 式中：v表示垂直于面积元ds的流速分量；V=v(x,y)；积分域包括整个过水断面面积，上式可以变换如下： # y5 p( q) z( q/ Q0 o5 }
9 T$ {( F5 @, U- L" A, Q/ O 3 @$ @: U' f; s4 i# \! u
二、流速面积法基本原理
- T' `! d5 V$ U( c) a 流速面积法就是基于明渠断面流速分布经验公式，测得断面某点流速及断面水位和渠底泥位后，通过计算获得断面流量。其基本原理是：将断面细分为多个分区（如下图所示），测得断面某一点（布置流速仪后，该点绝对位置即已固定）处的流速及断面水位和渠底泥位后，根据断面垂线流速分布律及测点位置、测点流速和水深值，得到流速测点所在垂线的平均流速，根据垂线平均流速的横向分布律得到各分区中垂线平均流速，各分区的平均流速由分区中垂线平均流速代替，求得各分区流量后求和得断面总流量。 2 S- m1 a8 N% a% J8 t
9 K/ O) Y: Q" k, j, Q 三、流速面积法计算公式
* G+ V9 {* o5 H) Y# j 应用流速面积法测量明渠断面流量时，按上述基本原理，先将明渠断面等分为n个分区，然后通过计算各个分区的流量，并进行求和得到明渠断面的总流量。其流量计算公式为： - B0 r6 ~8 w7 I& }" n$ j4 H5 s
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式中：△Si为第i个分区的面积；B为水面宽度；Hm为断面中垂线处的水深；Vi为第i个分区中垂线的等效平均流速（对矩形断面明渠，其值为分区中垂线平均流速；对梯形断面明渠，其值为分区中垂线平均流速的H/Hm倍，Hi为明渠第i个分区中垂线处的水深），对矩形和梯形断面明渠，Vi分别按截面积流速计算公式求出。 ) o9 ]2 x, x! W" s+ |
四、流速面积法实测明渠断面流量0 B9 r0 N( L1 u3 T/ _
实测明渠断面流量根据流速面积法得到。根据实测点流速计算实测断面流量的过程中，这里采用的是我国规范的方法—平均分割法。该方法先以测速垂线作为划分子区域的界线，将明渠断面划分为几个子区域，再根据实测流速及水深，计算各子区域的断面面积、平均流速及流量，然后将各子区域的流量进行求和得到的。断面流量Q的计算公式可表示为：
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* |: x( B7 H/ y K 式中：hi为第i条测速垂线处的水深；Vi为第i条测速垂线的垂线平均流速；△Zi为第i-1条与第i条测速垂线之间的水平距离。 % \7 ?8 e: N9 @/ L
6 h. g/ z6 H" z' ~& R) l2 e$ ^ 其中，Qi表示流量计测量的瞬时流量值，△t表示RTU读取流量计瞬时流量值的测量时间间隔。
- \% m/ c+ I0 k2 Q" x% { 五、流速测量设备* j# ^) L9 E8 H5 {1 u% F
流速面积法可使用声学多普勒流量计测量流速。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： ( g' }6 S6 G5 l3 ]: X& A H2 h4 ?
（1）断面流速测量： 7 f3 m/ |' |# O8 J/ O2 |
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；
( J9 z8 o: r# x （2）测量精度高：
, C' J! C1 `3 i+ l6 I& v% ^$ B9 Y 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；
8 \! V2 i( x( ` o o （3）结构设计独特： 6 p" }3 u1 ^& m3 u' m [7 }0 U) i
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； 6 J3 W W c/ i t( j t
（4）低功耗设计：
T/ F# D0 w/ m9 }% j; F3 ^ 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； * e$ g" y' ^, w! ` j
（5）应用场景广：
" `5 i" W. O8 d+ ]' N 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； , [2 v. N% u8 B
（6）防护等级高：
5 e- w. e( h: s& M/ n IP68防水防尘等级，可满足各种不同应用场合；
) x. r' u0 p. f6 y7 n$ R- H （7）电路异常保护：
* s9 r9 n7 X1 T2 ~- z2 q 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。 8 T) Z, P. O4 `; Q2 t. `( s
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