超声波明渠流量计原理施工技术应用浅析

刘伟

摘要：超声波明渠流量计具有安装维护方便，使用寿命长，环境适应性强，工作稳定，测量范围广等优点，综合性能良好，经济实用性强，值得推广。结合新沂市2017年中央财政小型农田水利重点县项目工程施工经验，对超声波明渠流量计的原理以及施工安装的方法进行详细分析探讨。

关键词：超声波明渠流量计；原理；安装

0引言

近年来随着国家对水利建设投入的增加，特别是对农村水利等基础设施的建设，使得农村水利基本面貌得到了很大的改善，但是经济增长带来的环境污染等问题使得水资源越来越匮乏，为了节约用水，农村渠道水流量的的准确测量就变得尤为重要，农田水利中将大量使用明渠流量计来测量水流量，但是在农田水利设施中使用明渠流量计，跟污水处理行业使用有所区别，农田水利的环境更复杂，现场经常是非标渠道，还有闸门开启等影响。本文结合工程实例重点详述了明渠流量计在农田水利工程中的应用，以便供大家借鉴与参考。

1工程概况

为贯彻落实党的十七届三中全会精神和中央关于扩大内需、促进经济平稳较快增长决策部署，围绕稳粮、增收、强基础、重民生，进一步加快小型农田水利建设，财政部、水利部决定，在继续做好小型农田水利专项工程建设的同时，从2009年起，在全国范围内选择一批县市区，实行重点扶持政策，通过集中资金投入，全面开展小型农田水利重点县建设。新沂市自2010年成功跻身中央财政小农水重点县行列，至今已成功实施两批（第二批和第五批）六年小农水重点县工程，通过渠道、渠系建筑物及泵站的改造和新建，极大的改善了项目区的农业生产水平，本工程为新沂市2017年中央财政小型农田水利重点县项目，项目位于新沂市时集镇境内。

2工作原理

2.1超声波测液位原理：

直接测量的物理量是液位。用于明渠测流量时，在明渠上安装量水堰槽。量水堰槽把明渠内流量的大小转成液位的高低。仪表测量量水堰槽内的水位，再按相应量水堰槽的水位—流量关系反算出流量。

图一：超声波测液位的原理

2.2量水堰槽的测流量原理

流通顺畅的明渠内流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。通过测量水位可以反算出流量。普通明渠内流量与水位之间的对应关系，受渠道的坡降比和表面的糙度影响。在渠道内安装量水堰槽，产生节流作用，使明渠内的流量与液位有固定的对应关系，这种对应关系主要取决于量水堰槽的构造尺寸，渠道的影响减小至最小。

图二：量水堰槽把流量转成液位

3产品选择

本工程明渠计量设施主要用于渠系工程，防渗渠道主要有梯形渠道和“U型”渠道两种，通过结合工程实际我们选取了TD-2D型超声波明渠流量计配合巴歇尔槽使用。

3.1TD-2D型超声波明渠流量计

传统堰槽式测量渠道流量采用的是只测量液位的方法，而且直接实测流速又比较的困难。通过在渠道中设置适当的标准堰或槽，采用超声波明渠流量计只需要在一定位置测出液位就能够计算出流量。

3.2巴歇尔槽

选择量水堰槽的种类，要综合考虑渠道内流量的大小，渠道内水的流态，是否能形成自由流。流量小于40升/秒时，一般应使用直角三角堰。大于40升/秒，一般应使用巴歇尔槽。流量大于40升/秒，渠道内水位落差又较大，可以使用矩形堰。

根据工程渠道现场条件综合考虑，本工程优先选择量水堰为巴歇尔槽。因为巴歇尔槽的水位-流量关系是由实验标定出来的，而且对上游行进渠槽条件要求较弱。

4产品安装

4.1.安装仪表

流量计的仪表显示部分应安装在室内。室内要通风良好，无腐蚀性气体。仪表为壁挂安装。挂在墙上时，仪表后面有四个挂孔。仪表盘上先用四个螺栓拧在相应位置，待表盘固定在墙壁上后，再利用这四个钉将表挂上。室内条件不好或必须挂在室外，应装在仪表防护箱内，避免日晒雨淋。

4.2安装探头

超声波明渠流量计的探头可以直接安装在量水堰槽水位观测点的上方。探头发声的一面要对准水面。可以用水平尺放在探头上盖上，通过校上盖水平使探头对准水面。巴歇尔槽在进口收缩段的1/3位置。安装探头时，校正棒要朝下。探头和支架固定要牢靠，不能活动。探头一旦活动，水位基准点就变化了，影响测量的准确度。探头要垂直对准水面，不能歪斜。

安装探头时，要注意超声波的盲区。最高水面距离探头底面要大于0.4m，相当于校正棒的下端离最高水面不能小于0.1m。仪表探头的超声波有一定张角，大约15°。安装探头时要使声波传播路径上不能有多余的反射面。

安装探头的探头支架，应在加工量水堰槽时做好。也可直接用角钢做横梁，把探头装在横梁上。

4.3.安装量水堰槽

量水堰巴歇尔槽的水位-流量关系可以从国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711-90中查到，此处不再赘述。但是在安装量水堰巴歇尔槽时须注意以下几个问题，否则影响测流精度：

①巴歇尔槽的中心线要与渠道的中心线重合，使水流进入巴歇尔槽不出现偏流。

②巴歇尔槽通水后，水的流态要自由流。巴歇尔槽的淹没度要小于规定的临界淹没度。

③巴歇尔槽的上游应大于渠道宽的5倍平直段，使水流能平稳进入巴歇尔槽。即没有左右偏流，也没有渠道坡降形成的冲力。

④巴歇尔槽安装在渠道上要牢固。与渠道侧壁、渠底连结要紧密，不

能漏水。使水流全部流经巴歇尔槽的计量部位。巴歇尔槽的计量部位是槽内喉道段。

5结语

根据省政府《省政府办公厅关于推进农业水价综合改革的实施意见》（苏政办发〔2016〕56号）及省水利厅、财政厅《关于抓紧开展2017年度小农水重点县项目前期工作的通知》（苏水农函〔2016〕71号）文件要求，结合新沂市农田水利规划计划在新沂全市推广计量用水工程的目标，新沂市2017年中央财政小型农田水利重点县工程采用超声波探头和量水堰槽配合测量的超声波明渠计量设施用于灌溉用水的计量，这在新沂市农田水利工程项目中尚属首次，期间也积累了不少宝贵的经验，尤其在农田水利上使用，要综合考虑几个特点：

①现场供电。很多工程现场没法供电，或者只有380V的三相电，我们根据工程实际情况选用太阳能电池供电，实际操作起来简单方便。

②流水渠道：很多是非标的，超宽、超大渠道。渠道还有很多漏水。渠道上还有闸门，造成水流的变化多。选取量水堰时要根据渠道农田蓄水灌溉情况，再根据技术参数综合考虑，这样做不仅满足了设计要求又节约了工程造价。

③安装：很多现场都要根据实际情况来选择安装方式。

通过该工程实践证实，超声波明渠流量计具有安装维护方便，使用寿命长，环境适应性强，工作稳定，测量范围广等优点。综合性能良好，经济实用性强，值得推广。

参考文献：

[1]国家计量检定规程《明渠堰槽流量计》JJG711-90.

[2]《城市排水流量堰槽测量标准巴歇尔量水槽》CJ/T3008.3-1993.

[3]]钟江.超声波明渠流量计的原理及其应用.甘肃水利水电技术，2010，06：46-6.

[4]刘彦凯，雷俄日才让.超声波明渠流量计的原理及其应用.科技创新与应用，2013，32.

作者简介：刘伟，男，1983年3月；江苏新沂，工程师；国家一级建造师，主要从事水利工程施工技术管理。