河流流量在线监测

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指标流速法假设：某一部分流速与断面平均流速 存在着固定并唯一的关系
指标流速法技术在水文系统的 广泛使用 转子式流速仪测点流速 Vs 垂线平均流速
Vertical Beam for Stage Measurement

Horizontal Beams for Remote Velocity Measurement


通常河流的主槽最具有代表性
软件多流层功能可以用以分析
在仪器测量范围中选择最合适的单元大小
不应包含回水、紊流部分
固定式多普勒剖面仪 - SL … 6

保证无障碍的通道，是另一个关键


传播路径上障碍物会影响流速数据
发射的超声波是一个锥体，有一定的指向角
对河道水深有一定的要求
SonTek 探头指向角 1.4°，纵横比 1:20～40
安装位置的水层，有较好的代表性，避开有回流
的地方
水平式的安装 … 2

安装时的注意事项
安装高程要根据具体情况而定。基本原则是使SL
位于水深的0.6处
离水面或渠底最小距离，不同频率的SL也不同，
根据 1:20～40 的比例原则
用 SonTek 自带软件的波束诊断功能，检查声波
路径是否有障碍物
1.5
Depth (ft)
1.5
1
Depth (ft)
1 0.5
1 1.2 1.4 1.6 Velocity (ft/s) 1.8 2
0.5
0 0.8
0
1
1.2
1.4
1.6 1.8 Velocity (ft/s)
2
2.2
SW 普通多普勒技术 60 秒 采样历时平均值
IQ SmartPulseHD 技术 30 秒 采样历时平均值
固定式多普勒剖面仪 – SL

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经过比测和率定，才可获得在线和实时的流量

固定式多普勒剖面仪实测的是代表流速 － 指标流速 建立指标流速与断面平均流速之间的关系，需要率定 不同的流速或水位情况下进行同步比测 对数据进行回归分析，得到 关系曲线或回归方程
广东佛山
马口水文站
2006.4 ～ 2006.8 潮汐河段
安装高程要根据具体情况而定。基本原则是使SL
位于水深的0.6处
SL 3G 的优势 … 1

采用智能脉冲功能 SmartPulse HD 可显示和输出 128 个剖面单元 二套水深测量传感器，，并自动定期校正能 新的操作软件，可实时显示流速等数据 在测量时，可提示访问存储器和下载数据功能 可输入 200 个断面点 完善的自检功能，露出水面时自动停止发射
浙江嵊州水文站 河宽 300米
6
受下游水工建筑物影响
多普勒流速仪应用

多普勒流速仪作为天然河道流量在线监测 仪器，已经成为国际、国内普遍的共识
利用声学多普勒频移原理测量水流流速 通常简称为 ADCP 适用于固定安装、固定断面的流量实时在线监测 同样适用于常规测验困难、受工程影响测流断面 选型：水平（侧视）、 垂直（座底） 取决于现场断面的工况
河流流量在线监测技术 及应用案例
海洋环境监测技术交流会
2016.11.23
广东佛山马口水文站 河宽 550米
2
感潮河道，潮流共存
长委重庆北碚水文站 河宽 220米
3
山溪性河流，水位变幅大
浙江平湖青阳汇水文站 河宽 100米
4
平原水网通航河道，流速缓慢
浙江宁波水文站 河宽 150米
5
入海口潮汐河道，双向流速

目前世界上最先进的走航式 ADCP 全自动的测量过程，一键操作 直接输出流量、断面面积、断面平均流速

专为河流流量测验设计的全新 硬软件

多频 智能
问题？
谢谢
欢迎交流和赐教
赛莱默分析仪器 陈耀祖 首席水文应用专家
42

而通常采用的测验方法，都无法做到自动和实时
？
固定式多普勒剖面仪 - SL … 2

为了做到自动和实时，流量在线监测采用间接测 量断面平均流速的方法 测量水平某层或垂直某条垂线的平均流速

采用率定方法（指标流速法），建立SL实测流速 与断面平均流速之间的相关关系
固定式多普勒剖面仪 - SL

Vm = 1.039 Vi + 0.104
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在线流速仪的“困惑” … 1

在线流速仪不是 万能 的，有很多使用限制


水深与河宽比例的限制 – 纵横比
水位变幅的限制
不正常流态分布的限制
断面变化频繁的限制
在线流速仪的“困惑” … 2

率定工作比较复杂（规则断面除外）
需要采用走航式流量计的同步比测 比测点一般在20个点以上，覆盖高、中、低流速 采用回归分析的方法，确定率定公式 率定关系线需通过三线检验，精度符合规范要求
IQ
IQ
更适用于 非涉水测量
可以直接显示 流量和水量
便携式 IQ
…2
成都第一污水处理厂
率定


采用走航式 ADCP，不同流速级同步测量
走航式 ADCP 可以获得流量、断面面积


断面平均流速与指标流速的回归分析
关系公式和断面形状输入软件中

SL 自动计算实时流量
走航方式多普勒剖面仪 … M9/S5



ADCP 三种不同的应用场合

走航式：适用于巡测、固定断面、突发事件 测流的需要，灵活，不需率定和校正

固定式：适用于固定断面流量实时在线监测 适用于常规测验困难、受工程影响测流断面 手持式：适用于枯期河道、湿地、突发事件 时流量快速测量等，灵活和简便

固定式多普勒剖面仪 - SL

…1
最大特点在于能够自动测量和实时测量
两个声学传感器位于同一水平面上。同时要注意
主机底面必须垂直，以保证波束为水平发射
获得好的数据 … 2

好的设置

采样历时的选择 采样单元范围的选择

好的维护
探头周围防止遮盖物 采样单元路径没有障碍物
SL 的优势

最小的指向角 – 1.4° 内置流量计算功能 内置罗盘/倾斜计 换能器的抑制旁瓣干扰功能 率定软件 FlowPack

I – 智能
Q – 流量
座底式安装多普勒剖面仪
– –
测量水深（水位） 测量流速

计算流量和总水量 有三种型号 － 标准型 增强型 管道型
IQ 的亮点 … 1

超薄、流线型设计（2.8cm 高）
5 个超声波探头（3 MHz）
– –
1个测深探头
沿轴线波束 （下游） 通讯／电源 连接插座
安装支架

率定周期较长
SL 的选型


三种规格：SL30003G, SL15003G, SL500
主要技术指标
水平最大测量范围：5米，20米，120米 水深最大测量范围：5米，10米，18米 最大流速：7 米/秒
6 米/秒

选型取决于河道断面的宽度、水深
SL 的配置


主机
电缆线

基本配置 10 米，可订购最长100 米
IQ 的安装

只需将装有IQ的安装支架，用两个螺栓固定在渠 道中心线处即可（如图） 用户可以根据流向确定仪器安装板插槽的方向 超低功耗可使用较小的太阳能板和电池供电 配合简单支架，也可实现便携式测量

应用案例

牛栏江-滇池补水工程调水末端出 口水质水量自动监测站 IQ安装于出水口渠道中，实时监控 渠道中的水流流量
SL 3G 的优势 … 2

配有 4 GB 的内存，可存储 1 年的数据 RS-232，SDI-12，Modbus 的输出格式 可实时查看数据并下载，而不中断数据采集 多个 SmartQC 智能质量控制功能，提示测 量点潜在问题 – 由状态码查找 强大的回访和数据分析、图表的功能

座底式 IQ
固定式多普勒剖面仪 - SL

…4
美国地调局的经验，几百米宽河流，仍然可以采 用几十米内的水平平均流速作为指标流速 测量实际的水位（水深），通过预置的断面几何 尺寸，由软件计算出断面面积 实时瞬时流量 ＝ 断面平均流速 × 断面面积


固定式多普勒剖面仪 – SL

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采样单元是否有代表性，是正确应用的关键之一
4个测速探头
斜向波束

4 GB 内存 低功耗
温度传感器 沿轴线波束 （上游） 水位测量 －垂直波束 －压力传感器
斜向波束
IQ 的亮点 … 2

可测量的最小水深 8 cm
智能功能 － SmartPulseHD
安装简单，几乎不需要工程
源自文库
多种接口 － RS232／SDI-12／Modbus


该渠道设计内尺寸为3.74m (宽) ×4.3m(高)，设计流量约 23 m3/s
采用不锈钢支架+导轨的形式安装 于出水口渠道底部

便携式 IQ


…1
IQ 应用中的新创意 － IQ On a Stick
在环保行业中的应用
FlowTracker FT
已经成为环保行业测流工具
现场使用有不足之处
测量精度大大提高
– –
测深精度：垂直波束和压力传感器 测速精度：4个探头，测量垂直和水平剖面流速
IQ 的应用

IQ - 小型渠道
IQ+ - 较深渠道、天然河道
用于梯形的规则渠道

管道型 IQ - 管道的量水
IQ Software Smart Page
IQ 的表现（流速剖面）
2.5
2.5
2
2

雷击浪涌保护器 – SPF 1500
顶端和底端，组成一套 南方多雷雨地区必配
获得好的数据 … 1

符合条件的断面 – 顺直河道 稳定流

好的安装 – 安装点位置 安装高程
水平式 的安装 … 1

安装位置的选择
安装在河岸边或支架上 桥墩或其它建筑物侧壁上
安装的位置处于河道顺直、稳定的河段