本发明涉及水利工程管理技术，尤其涉及一种明渠输水渠道的单闸门流量率定方法与装置。
背景技术：
我国水资源存在时空分布不均的问题，总体表现为南多北少，夏多冬少。随着经济的发展，水资源的矛盾日益突出。为解决水资源空间分布不均的问题，我国修建了许多大型调水工程。这些工程促进了我国水资源的合理配置，加强了地区间的协调发展，产生了巨大的经济效益与社会效益。
对于调水工程的运行管理，闸门调度系统是其核心。调度系统功能的发挥的重要前提是闸门流量-开度关系的准确性。闸门的过流形式一般可分为三种：堰流、闸孔自由出流、闸孔淹没出流。大部分工程闸门的过流形式一般只是其中的一种。传统的闸孔自由出流和淹没出流的流量计算公式如下：
式中：
μ为闸孔自由出流或淹没出流的流量系数；
e为闸门开度；
b为闸门宽度；
h0为闸前总水头。
由于上述公式中的流量系数μ与闸门开度因素有关，故率定结果精度不高，用该公式计算出的过闸流量与实测流量存在较大的误差。这使得在调水过程中出现水量损失或输水量不足等问题，严重影响工程的正常调水。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种明渠输水渠道的单闸门流量率定方法与装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种明渠输水渠道的单闸门流量率定方法，包括以下步骤：
1)使用测量设备收集闸门的过流流量与其对应的闸门开度及水头差的相关数据；
2)将实测数据中的流量数据和闸门开度相比，求得比值q/e，其中，q为采集的闸门过流流量数据；e为对应的闸门开度数据；
3)通过上下游水深求得一定的过闸流量和闸门开度对应的上下游水头差值δz；
4)建立流量率定公式，根据实测数据，用数学回归分析的方法来率定公式中a、b、c三个参数，确定最终的cap模型；所述公式如下：
其中，a，b，c为需要率定的参数；
5)通过实际测出上下游水头差值δz和闸门开度e，将其带入求得的cap模型，计算出相应的过闸流量q；
6)将上下游水位差值δz和闸门开度e在一定范围内取值，同样按照cap模型进行计算，计算结果制表，得出上下游水位差值δz、闸门开度e和过闸流量q关系表。
一种明渠输水渠道的单闸门流量率定装置，包括：
实测数据采集装置，用于采集由测量设备收集闸门的过流流量与其对应的闸门开度及水头差的相关实测数据，所述实测数据包括闸门的过闸流量、闸门开度以及相应的上下游水头差；
参数率定装置，用于根据实测数据，用数学回归分析的方法来率定公式中a、b、c三个参数，确定最终的cap模型；所述公式如下：
其中，a，b，c为需要率定的参数；
流量确定装置，用于通过实际测出上下游水头差值δz和闸门开度e，将其带入求得的cap模型，计算出相应的过闸流量q；
流量输入装置，用于输入闸门实际所需的过闸流量；
流量控制装置，用于根据流量输入装置得到闸门实际所需的过闸流量以及传感器获得的闸前后水头差带入cap模型，求得相应闸门开度，并将控制命令输出至闸门控制装置，使闸门调整到合适的开度，从而获得准确的过闸流量。
本发明产生的有益效果是：1)由本发明方法计算得到的闸门过闸流量具有较高的精度；2)本发明方法随着实测数据的增加，率定得到的参数会更加准确，用本发明方法模型求得的流量也会更加准确；3)本发明模型简单，易于工程实现。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种明渠输水渠道的单闸门流量率定方法，包含一段明渠输水渠道，渠道上设有闸门，该方法包括以下步骤：
1)使用测量设备收集闸门的过流流量与其对应的闸门开度及水头差的相关实测数据；所述实测数据包括闸门的过闸流量、闸门开度以及相应的上下游水头差；
2)将实测数据中的流量数据和闸门开度相比，求得比值q/e，其中，q为采集的闸门过流流量数据；e为对应的闸门开度数据；
3)通过上下游水深求得一定的过闸流量和闸门开度对应的上下游水头差值δz；
4)建立流量率定公式，根据实测数据，用数学回归分析的方法来率定公式中a、b、c三个参数，确定最终的cap模型；所述公式如下：
其中，a，b，c为需要率定的参数；
5)通过实际测出上下游水头差值δz和闸门开度e，将其带入求得的cap模型，计算出相应的过闸流量q；
6)将上下游水位差值δz和闸门开度e在一定范围内取值，同样按照cap模型进行计算，计算结果制表，得出上下游水位差值δz、闸门开度e和过闸流量q关系表。
一种明渠输水渠道的单闸门流量率定装置，包括：
实测数据采集装置，用于采集由测量设备收集闸门的过流流量与其对应的闸门开度及水头差的相关实测数据，所述实测数据包括闸门的过闸流量、闸门开度以及相应的上下游水头差；
参数率定装置，用于根据实测数据，用数学回归分析的方法来率定公式中a、b、c三个参数，确定最终的cap模型；所述公式如下：
其中，a，b，c为需要率定的参数；δz为上下游水头差值(上游水深-下游水深)；
流量确定装置，用于通过实际测出上下游水头差值δz和闸门开度e，将其带入求得的cap模型，计算出相应的过闸流量q；
流量输入装置，用于输入闸门实际所需的过闸流量；
流量控制装置，用于根据流量输入装置得到闸门实际所需的过闸流量以及传感器获得的闸前后水头差带入cap模型，求得相应闸门开度，并将控制命令输出至闸门控制装置，使闸门调整到合适的开度，从而获得准确的过闸流量。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。