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摘 要：近年来国家实施了最严格水资源管理制度，对水资源的精细管理提高到一个新的高度。渠道冲淤剧烈，主流摆动频繁，寻找到主流并进行实时监测，掌握断面淤积变化情况是流量准确测验的关键。作者结合某典型河段，选取某典型闸对计量设施进行了升级改造，结合典型水闸，安装多垂线非接触测流系统和泥沙淤积厚度传感器，多点覆盖断面非接触雷达测流设备的应用实现流速面积法精确计算断面流量，该系统实现了实时在线精确计量。该项技术的开发研制，可以很好的解决典型河段渠道宽浅、主流摆动及在线监测等难题。
关键词：非接触 实时计量 流量监测
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（201501（b）-0002-01
为实现水资源的精细化管理，选取某典型河段实施了引水流量自动监测系统的研制，实现了引水的“实时、在线、精确”计量。由于该河段水多含沙特性，积极开展科技攻关，采用新的方法对某典型水闸计量设施进行了改造。该系统将多种类型的自动测量设备配合无线传输网络、数据存储系统等，研制集成非接触流量自动监测系统。
1. 建设背景
精确计量水量，进行精细化管理是促进水资源节约利用的有效手段。目前水闸流量测验普遍采用流速面积法，即流量由流速与输水断面面积所确定。流速由传统流速仪测量，水位多为人工观测，自动化程度较低，工作量大，作业效率低，资料实效性较差，难以满足供水管理现代化、精细化、信息化的要求。
秋收时期输水渠内作物秸秆、杂草等较多，影响仪器测验精度甚至造成仪器设备的损坏。对此需要一种脱离水面工作的仪器进行测验。该典型闸渠道宽、浅，渠道冲淤剧烈，主流摆动频繁，寻找到主流并进行实时监测，掌握断面淤积变化情况是流量准确测验的关键。
2 项目概况
此次某典型闸安装多垂线非接触测流系统和泥沙淤积厚度传感器。多点覆盖断面非接触雷达测流设备的应用实现流速面积法精确计算断面流量。该项技术是国内首次开发研制并投入应用，可以很好的解决典型河段渠道宽浅、主流摆动及在线监测等难题。
淤积厚度传感器是对断面泥沙淤积厚度进行同步监测并通过数据采集设备进行分析、处理，并且对过水面积进行有效修正，实现实时动态计算断面面积，保证了流量的准确性。原始数据和成果数据通过数传设备传送到现地站和远程数据中心。
3 系统功能设计
3.1 整体结构设计
流量（Q）测验是通过测量断面平均流速（V）和过流面积（A）实现的，即：
Q=V×A
其中，断面平均流速是通过测量断面上某一点或某一区域的流速（Vi），然后通过水力学模型或标定的方法和断面平均流速建立相关关系，从而得到断面平均流速。而过流面积是与水位和断面形状有关系的，对于有冲淤变化的断面我们要通过测量水位和断面形状来推算过流面积。
根据以上分析该系统应该设置流速传感器、水位传感器和淤积传感器分别对流速和过流面积进行同步监测并通过数据采集设备进行分析、处理、计算出流量，测量结果通过数传设备传送到数据中心；另外，系统还应有控制设备对整个系统的运行进行自动控制，还要配备电源、机柜等辅助设备保证整个系统的正常运行。
3.2 流速监测方案设计
由于渠道相对比较窄，而且渠道硬化相对比较规范，在缆道（桁架）移动测流的基础上升级在桁架上安装三个非接触雷达测流装置，实时监测三条垂线流速，而且数据直接通过光纤传输到闸管所，保证了设备的安全。经过实验比对，测验精度与移动测流基本一致，保证了精度要求。这种测流方式的升级使得断面测房的设备得到极大简化，达到实时监测和推广的需要。
系统建成后，经多次试运行和流量比测试验结果验证，从走航式已经升级为多点定位方式，达到监测断面主流和控制整个断面流量的效果。
3.3 水位测量方案设计
目前用于水位在线测量的仪器设备很多，如浮子水位计、压力水位计、气泡水位计、超声波水位计、雷达水位计等。其中浮子、压力、气泡水位计均为浸没（接触）式测量，它们共同缺点是随着主流的摆动和冲淤的变化存在着脱离被测水体的可能。而超声波水位计和雷达水位计是非接触测量仪器，可灵活的安装在常年有水的区域上方，其中雷达水位计更具有精度高、工作稳定、寿命长等优点，所以柳园口测流系统应采用雷达水位计测量水位。
3.4 淤积测量方案设计
此次安装的是XD-2202淤积厚度传感器。监测系统为自动运行，泥沙淤积厚度传感器实时测量河底泥沙厚度，配合水位计得到断面平均水深和断面面积；安全监控系统和供电系统则保证系统的运行和用电安全。
3.5 系统控制与数据采集方案设计
系统控制和数据采集可用一台工控机来完成，它可以根据设置，控制缆道将仪器停留在主流的上方施测，并采集测量数据，分析、计算、显示、输出。
3.6 数据传输方案设计
系统采用GPRS传输方式，GPRS正常情况下信号较稳定。一旦遇到通讯故障系统会自动切换到备用信道，待主信道故障排除后系统会自动回到主信道传输数据。另外，系统还具备数据召回功能，当主、备信道都出现故障，一旦恢复通讯系统会自动将缺失的数据召回。
3.7 系统软件功能设计
系统软件主要包括中心站软件和数据查询、发布软件两部分。各监测站采集的实时数据通过数据通信设备汇集于中心站，暂存于中心站数据库服务器作为原始资料，经分析、处理放入共享库供调用。数据查询软件可根据用户的权限提供其权限范围内的实时数据和历史数据，它可以报表和过程线的形式显示，还具有数据导出和报表打印的功能。
该系统的成功研制，为多沙河流引水测流提供了便捷准确的计量方式，有利于水量的准确计量和自动化水平的提高。
参考文献
[1] 宿成基，龚世璋，夏红，等.梯度相关法——一种新型非接触流量测试技术[J].黑龙江自动化技术与应用，1993（2）：5-8.
[2] 祝海林，邹景.流量非接触测量方法[J].北京科技大学学报，1997，5：421-424.
[3] 蔡富东.用于非接触式表面测速的江河流量回归计算模型[J].信息技术与信息化，2014（1）：90-93.
关键词：非接触 实时计量 流量监测
中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（201501（b）-0002-01
为实现水资源的精细化管理，选取某典型河段实施了引水流量自动监测系统的研制，实现了引水的“实时、在线、精确”计量。由于该河段水多含沙特性，积极开展科技攻关，采用新的方法对某典型水闸计量设施进行了改造。该系统将多种类型的自动测量设备配合无线传输网络、数据存储系统等，研制集成非接触流量自动监测系统。
1. 建设背景
精确计量水量，进行精细化管理是促进水资源节约利用的有效手段。目前水闸流量测验普遍采用流速面积法，即流量由流速与输水断面面积所确定。流速由传统流速仪测量，水位多为人工观测，自动化程度较低，工作量大，作业效率低，资料实效性较差，难以满足供水管理现代化、精细化、信息化的要求。
秋收时期输水渠内作物秸秆、杂草等较多，影响仪器测验精度甚至造成仪器设备的损坏。对此需要一种脱离水面工作的仪器进行测验。该典型闸渠道宽、浅，渠道冲淤剧烈，主流摆动频繁，寻找到主流并进行实时监测，掌握断面淤积变化情况是流量准确测验的关键。
2 项目概况
此次某典型闸安装多垂线非接触测流系统和泥沙淤积厚度传感器。多点覆盖断面非接触雷达测流设备的应用实现流速面积法精确计算断面流量。该项技术是国内首次开发研制并投入应用，可以很好的解决典型河段渠道宽浅、主流摆动及在线监测等难题。
淤积厚度传感器是对断面泥沙淤积厚度进行同步监测并通过数据采集设备进行分析、处理，并且对过水面积进行有效修正，实现实时动态计算断面面积，保证了流量的准确性。原始数据和成果数据通过数传设备传送到现地站和远程数据中心。
3 系统功能设计
3.1 整体结构设计
流量（Q）测验是通过测量断面平均流速（V）和过流面积（A）实现的，即：
Q=V×A
其中，断面平均流速是通过测量断面上某一点或某一区域的流速（Vi），然后通过水力学模型或标定的方法和断面平均流速建立相关关系，从而得到断面平均流速。而过流面积是与水位和断面形状有关系的，对于有冲淤变化的断面我们要通过测量水位和断面形状来推算过流面积。
根据以上分析该系统应该设置流速传感器、水位传感器和淤积传感器分别对流速和过流面积进行同步监测并通过数据采集设备进行分析、处理、计算出流量，测量结果通过数传设备传送到数据中心；另外，系统还应有控制设备对整个系统的运行进行自动控制，还要配备电源、机柜等辅助设备保证整个系统的正常运行。
3.2 流速监测方案设计
由于渠道相对比较窄，而且渠道硬化相对比较规范，在缆道（桁架）移动测流的基础上升级在桁架上安装三个非接触雷达测流装置，实时监测三条垂线流速，而且数据直接通过光纤传输到闸管所，保证了设备的安全。经过实验比对，测验精度与移动测流基本一致，保证了精度要求。这种测流方式的升级使得断面测房的设备得到极大简化，达到实时监测和推广的需要。
系统建成后，经多次试运行和流量比测试验结果验证，从走航式已经升级为多点定位方式，达到监测断面主流和控制整个断面流量的效果。
3.3 水位测量方案设计
目前用于水位在线测量的仪器设备很多，如浮子水位计、压力水位计、气泡水位计、超声波水位计、雷达水位计等。其中浮子、压力、气泡水位计均为浸没（接触）式测量，它们共同缺点是随着主流的摆动和冲淤的变化存在着脱离被测水体的可能。而超声波水位计和雷达水位计是非接触测量仪器，可灵活的安装在常年有水的区域上方，其中雷达水位计更具有精度高、工作稳定、寿命长等优点，所以柳园口测流系统应采用雷达水位计测量水位。
3.4 淤积测量方案设计
此次安装的是XD-2202淤积厚度传感器。监测系统为自动运行，泥沙淤积厚度传感器实时测量河底泥沙厚度，配合水位计得到断面平均水深和断面面积；安全监控系统和供电系统则保证系统的运行和用电安全。
3.5 系统控制与数据采集方案设计
系统控制和数据采集可用一台工控机来完成，它可以根据设置，控制缆道将仪器停留在主流的上方施测，并采集测量数据，分析、计算、显示、输出。
3.6 数据传输方案设计
系统采用GPRS传输方式，GPRS正常情况下信号较稳定。一旦遇到通讯故障系统会自动切换到备用信道，待主信道故障排除后系统会自动回到主信道传输数据。另外，系统还具备数据召回功能，当主、备信道都出现故障，一旦恢复通讯系统会自动将缺失的数据召回。
3.7 系统软件功能设计
系统软件主要包括中心站软件和数据查询、发布软件两部分。各监测站采集的实时数据通过数据通信设备汇集于中心站，暂存于中心站数据库服务器作为原始资料，经分析、处理放入共享库供调用。数据查询软件可根据用户的权限提供其权限范围内的实时数据和历史数据，它可以报表和过程线的形式显示，还具有数据导出和报表打印的功能。
该系统的成功研制，为多沙河流引水测流提供了便捷准确的计量方式，有利于水量的准确计量和自动化水平的提高。
参考文献
[1] 宿成基，龚世璋，夏红，等.梯度相关法——一种新型非接触流量测试技术[J].黑龙江自动化技术与应用，1993（2）：5-8.
[2] 祝海林，邹景.流量非接触测量方法[J].北京科技大学学报，1997，5：421-424.
[3] 蔡富东.用于非接触式表面测速的江河流量回归计算模型[J].信息技术与信息化，2014（1）：90-93.