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4 x( W9 e' D9 r& n2 b9 v1 W 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。 $ F0 |$ @# z, g/ }2 u
% T+ R/ W2 _4 I 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。 & ]4 E0 N, ~6 C1 \- x' u
一、水断面流量基础公式% u* e- b) J3 `" ]& H p/ W% j
在某一给定的瞬间，水流流经过水断面的水量为：
* w$ _( ?; X e5 j ; \1 p* {( z9 b" k) g: q& b. Q! L
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：
+ v6 F' p. M7 l' d' {4 ?) p - x6 N0 x3 s+ a1 _
7 K1 ~; O& q4 d3 S' @
二、流速面积法基本原理" n1 \7 R+ M0 V% o0 e8 v: X
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。
& R' m8 I" H( }# l. \3 n # r# u# Y8 R. L. K9 b# _
三、流速面积法计算公式" Q: Q; {( u' a, c
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： ( m8 A# k" _' z( r1 I
" {) y5 f. O# M
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。 " a' h: e* y2 t$ t0 h0 i& Q
四、流速面积法实测明渠断面流量- H a& t( K1 }! Y, N
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： , ]! W" q/ C6 H) ?* t
2 x3 H% u+ w. u9 U) e! ^1 @* X 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。 % }# i" ]% K. |+ U' v
( l0 ~% Z* P! k% T; u 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。
% K' B0 P# [% G8 @ 五、流速测量设备/ L5 `" h( V* P1 Y, i" {! W
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：
. X9 x* T- |4 Z$ w: d) x* Y+ x X5 M （1）断面流速测量： 8 X% j n. J$ H) h( }3 c" M
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；
& Z/ O: U; O$ ~! h （2）测量精度高： $ j# W0 [2 p* q4 Y( y# _" \, ?; h
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； 6 ^& | G- G, v4 s- h+ ~0 ]9 \ O
（3）结构设计独特：
4 v: R. l8 a( U; ~5 c 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； 0 P4 P! J( b8 K2 @8 f# y9 }
（4）低功耗设计：
1 m' s0 `5 \4 h* u 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；
& `, h/ D2 O: ?6 z （5）应用场景广：
9 m: y t8 a; E: K 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； # t6 |$ @; d! h+ [* O: I
（6）防护等级高： ; M0 d6 U X0 m) S# E! F
IP68防水防尘等级，可满足各种不同应用场合；
- O# @5 n8 v- M4 Z9 ~ （7）电路异常保护：
" S7 C) [" G$ _! ?9 [' P: N 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。 ! X& U) V% q6 @& L+ F7 _
, ^7 ~7 f9 _* L' i$ t) A3 j, H) }9 A$ Q& |
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