[发明专利]用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计及其测流方法

权利要求书

1.一种用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：包括设置在梯形或U形渠道内的渠道水流形态监测装置和设置在梯形或U形渠道外的流量监测控制器；所述渠道水流形态监测装置包括横截面为菱形结构的立筒，所述立筒下筒口设置有底座，组成立筒的四个立板上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔；立筒内设置有隔板将立筒内腔分隔为两个横截面为等腰三角形的上游侧筒腔和下游侧筒腔，所述上游侧筒腔和下游侧筒腔内分别设置有上游侧立管和下游侧立管，所述上、下游侧立管周面上分别开设有用于消除水流扰动的滤波孔；所述底座上位于上、下游侧立管内分别设置有上游侧压力水位监测仪和下游侧压力水位监测仪，所述上、下游侧压力水位监测仪的控制接口通过线缆从立筒上筒口引出，所述控制接口线缆与所述流量监测控制器连接。

2.根据权利要求1所述用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：所述流量监测控制器包括：

基本参数输入控制模块，用于输入所述梯形或U形渠道的断面尺寸数据、所述立筒阻水宽度数据和监测控制参数并存储于存储器内；

控制模块，用于发出控制指令，控制所述上、下游侧压力水位监测仪在设定的监测时段内按照设定的采集频率，同步采集各自监测的渠道断面水位并计算设定的所述监测时段内的平均水位及该平均水位的过水断面的面积；

瞬时流量监测计算模块，用于按照在设定的所述监测时段内计算被监测断面瞬时平均流量，计算在设定的监测时间段内所述被监测断面的平均流量。

3.根据权利要求1或2所述用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：开设在四个所述立板板面和所述上、下游侧立管周面上的滤波孔均为矩形竖孔。

4.根据权利要求1或2所述用于梯形或U形渠道流量监测的明渠流量计，其特征在于：在所述上、下游侧立管的底部管体壁上分别开设有豁口，以便渠水顺利进入上、下游侧立管内。

5.根据权利要求1所述明渠流量计的测流方法，其特征在于：包括下述步骤：

S1，构建所述梯形或U形三断面测流环境：

在渠底位于指定的被监测断面Le渠道中线上安装所述渠道水流形态监测装置，步骤如下：

S1.1，将所述立筒的所述底座固定于渠底，将立筒内的所述隔板与所述被监测断面Le重合，立筒的上筒口延伸出渠道上方；

S1.2，设定立筒的上游侧立边为上游侧监测断面Ls，设定立筒的下游侧立边为下游侧监测断面Lx；所述上游侧压力水位监测仪用于在设定的监测时段Δ_t内按照设定的采集频率采集所述上游侧监测断面Ls的水位，所述下游侧压力水位监测仪用于在设定的所述监测时段Δ_t内按照设定的所述采集频率采集所述下游侧监测断面Lx的水位；

S2，所述控制模块发出控制指令，控制上、下游侧压力水位监测仪在设定的监测时段Δ_t内按照设定的采集频率，同步采集上游侧监测断面Ls的水位数据和下游侧监测断面Lx的水位数据，计算在设定的监测时段Δ_t内上游侧监测断面Ls的平均水位hs数据、下游侧监测断面Lx的平均水位hx数据、被监测断面Le的平均过水面积数据、上游侧监测断面Ls的平均过水面积数据、下游侧监测断面Lx的平均过水面积数据；其中，被监测断面Le的平均过水面积等于上游侧监测断面Ls的平均过水面积减去上游侧监测断面Ls的平均水位hs以下的渠道水流形态监测装置阻水面积；

S3，被监测断面Le的过流量计算：

控制模块将得到的平均水位hs数据、平均水位hx数据、平均过水面积数据、平均过水面积数据和平均过水面积数据输出给瞬时流量监测计算模块，瞬时流量监测计算模块依据三断面能量守恒原理，推导了基于上述参数的Δ_t时段平均流量计算方法如下：

根据三断面能量守恒原理，上游侧监测断面Ls瞬时平均总能量E_LS减去下游侧监测断面Lx瞬时平均总能量E_Lx等于被监测断面Le的平均动量变化ΔE_Lx,其中：

；

；

同时根据渠道水流连续方程Q_s=Q_x=Q_e有：

；

从而得到；

Q_s :上游侧监测断面Ls在Δ_t 时段的平均流量；

Q_x :下游侧监测断面Lx在Δ_t 时段的平均流量；

Q_e:被监测断面Le在Δ_t 时段的平均流量；

m : Δ_t 时段流过Ls、Le、Lx三个断面水流平均质量；

V_s :上游侧监测断面Ls在Δ_t 时段的平均流速；

V_x :下游侧监测断面Lx在Δ_t 时段的平均流速；

V_e:被监测断面Le在Δ_t 时段的平均流速；

g-重力加速度。

6.根据权利要求5所述明渠流量计的监测方法，其特征在于：所述S2中，设定的所述监测时段∆t在5秒-60秒之间选则，所述采集频率每秒2-3次，每个监测时段∆t计算一次所述上游侧监测断面Ls的平均水位hs数据和所述下游侧监测断面Lx的平均水位hx数据；在计算所述平均水位hs数据和平均水位hx数据时，分别去掉一个最大值和一个最小值后取平均值。