明渠堰槽流量計

明渠堰槽流量計產品介紹

目前，市場上有各種流量計可供使用者選用。為了供、用水單位準確計算供、用水流量和總量以及水費，選擇雙方認可的計量儀器很重要，也是防止或解決供、用水糾紛的基礎。但是，每種流量計都有使用時間和條件限制。當流量計出現問題時，委托法定單位對儀器進行鑒定，得出明確結論，尤為必要。本文以某水庫明渠為例，闡述了如何用流速儀法比測明渠流量計，并得出了比測結論。

    1 明渠概況

    該明渠是韶關市某水庫供水給韶關某集團公司的供水渠，明渠為寬、深1.O0m的正方形、混凝土三面光斷面。明渠堰槽流量計的上、下游無雜草和其它阻水物，渠道順直，水流穩定并可認為是均勻流態。

    2 流速儀測驗情況

    按照技術標準和規范進行測驗，歷時6a（見表1）。為使測驗達到較高精度，在明渠堰槽處上游10m、25m、300m、500m設置了4個斷面，采用L25-A3型流速儀、面積~流速精測法測流。斷面附近渠道順直，順直距離遠遠大于渠寬的2~3倍，水流平穩，符合水文測驗規范規定的流態和條件。一般有5~6條垂線，每條垂線2~3個測點，每測點測速歷時均超過100s。

    表1 各年流量測驗情況                                        單位：次

    根據水文測驗規范的要求和流量原始記錄的分析，認為118次流量成果正確、合理，可用來分析計算。作為比測流量計的依據。

    3 明渠堰槽流量計與實測的流量比較

    流速儀施測流量時，記錄了相應時段明渠堰槽流量計（以下稱儀表）的平均流量對每測次計算儀表流量相對誤差，統計分析見表2。

    表2 實測流量與儀表流量誤差統計

    表2表明118次流量中有73.7%儀表流量比實測流量偏小，儀表流量系統偏小，最大偏小-11.1%。但儀表流量有86.4%誤差小于±10%，有較高精度。進一步分析發現，流量越小，儀表測量值偏差越大。將計算流速儀實測流量和儀表流量進行相關分析，相關系數為R2=0.9798，回歸方程為：

    Q計=1.119×Q顯-0.166      （1）

    式中Q計為計算流量，m3/s；Q顯為儀表流量，m3/s。

    方程（1）使用范圍是水位0.28~0.95m，儀表流量0.17~2.41m3/s。對方程（1）作誤差統計分析見表3。

    表3 計算流量與儀表測量流量相關分析誤差與統計

    由表可見，通過簡單相關轉化后，儀表流量精度大幅度提高，系統誤差由-3.0%提高到-0.6%，誤差小于1O%的累積頻率由86.2%提高到89.8%，誤差和流量大小無關，即無論流量大小，誤差呈隨機分布。

    4 水位流量關系分析

    為率定渠道水位流量關系，點繪堰槽上游1Om處（此處水位與儀表記錄水位相同）水位流量關系圖，發現水位流量關系良好。水位流量關系回歸方程如下：

    Q計=2.8497×Z1.8922       （2）

    方程（2）適用范圍是水位0.28~0.95 m、流量0.17~2.55m3/s。誤差分析見表4。

    表4 堰槽上游1Om處水位流量關系（流量>O.20m3/s）誤差統計

    水位流量關系曲線精度很高，99.1%流量誤差小于等于±1O%，最大正誤差只有+9.2%，最大負誤差為-8.3%，系統誤差為0.1%。水位流量實測點標準差為4.21%，曲線無系統偏離，符合規范要求。所以水位0.28~0.95m，流量0.17~2.55m3/s可用方程（2）推算流量。

    5 儀表內置水位流量關系分析

    因為沒有儀表內置水位流量關系，根據記錄的儀表流量和堰槽處水位建立水位流量關系。水位流量關系非常好，各點均勻分布于曲線附近，誤差很小，無系統偏離，水位流量關系方程如下：

    Q=2.6514×Z1.6540                    （3）

    方程（3）適用范圍為水位0.28~0.95 m，流量0.17~2.55m3/s。

    6 實測水位流量關系與儀表內置水位流量關系比較

    為了從理論上分析儀表流量相對于實測流量的偏離情況，可設如下不等式組：

    2.6514×Z1.6540>2.8497×Z1.8922    （4）

    且0.28≤Z≤0.95

    解不等式組（4）得

    0.28≤Z<0.74               （5）

    儀表誤差為

    Er=1-0.90× Z-0.2382        （6）

    當水位在[0.28，0.74]、流量在[0.17，1.61]時，儀表流量大于實測流量，誤差隨著水位減小按指數規律（6）逐漸偏大，誤差區間為[O%，25.9%]；當水位在[0.74，0.95]、即流量在[1.61，2.55]時，儀表流量小于實測流量，儀表流量誤差隨著水位增大按指數規律（6）逐漸偏小，誤差區間為[-5.9%，0%]。

    7 明渠堰槽流量計檢定分析

    該儀器原理是在堰槽上置一部超聲波測量水面（深）的設備，配合已編好程序（水位或水深~流量關系方程）的計算機，使瞬時測出的水位（深）利用計算機立即顯示為流量。通過水力學設計及實驗數據定出堰槽過水斷面水位（深）與流量的關系，利用測出水位（深）換算為流量。其優點是每日24h任何時候都可以用超聲波測量水位（深）并利用內置程序顯示流量并儲存，前提條件是一定要用該流量計指定規格的測流堰槽及其對應公式；缺點是整套超聲波、計算機系統均在野外進行，使用條件和儀器設定可能不一致，而且電源質量也不一定能配合。此外，測流堰槽的建造是否符合設定公式，必須與實測流量比較后才能投入正常運行。

    實測水位流量關系是用國標規定的方法，測出流速和過水面積，計算流量，并測定相應水位（深），建立水位（深）流量關系，利用水位換算流量。其優點是直觀，渠道斷面變化可以迅速重新測定，不隨外界條件的變化而影響流量誤差的變化，不會發生計量的根本錯誤，是驗證和率定各種計量設施的基本依據。

    8 結論和建議

    該明渠堰槽流量計的內置公式為Q=2.6514×Z1.6540。當明渠水深小于0.74m時，流量計流量大于實際流量，水深越小，偏大越多；當明渠水深大于0.74m時，流量計流量小于實際流量，水深越大，偏小越多。因此，該明渠堰槽流量計記錄的流量不能反映實際流量，計算流量時，需要進行修正，流量修正公式為方程（1）。但是，供水總量則還要根據實際供水時間才能正確計算。一般來說，流量計記錄的供水時間是可以接受的，所以，計算供水總量就相當容易了。綜上所述，流量計使用和檢定應該嚴格按有關規范或標準建立、運行，方能使流量計量客觀、準確，防止或解決供用水糾紛。

    另外，供、用水單位為計算供用水總量及水費，務必選擇適當的計量儀器，并注意使用條件。使用過程中，委托具有相應資質的單位對儀器進行檢定尤為必要。就明渠堰槽流量計來說，檢定項目包括：

    （1）二次儀表誤差檢定；
    （2）堰槽過流狀態，要求行近渠槽水流條件Fr≤0.5，并判斷自由出流或淹沒出流；
    （3）堰槽結構尺寸（寬度、長度）的不確定度；
    （4）行近渠槽長度、行近渠槽中心線與堰槽建筑物中心線重合程度；
    （5）水位零點的不確定度；
    （6）水位流量轉換不確定度。
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