一种用于多沙渠道的闸门量水方法与流程

技术特征：

1.一种用于多沙渠道的闸门量水方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、设置量水装置：

所述量水装置包括无线采集终端、远程数据传输网关(17)、电源模块及显示模块；其中，无线采集终端包括闸门上游信息采集节点(15)、闸门开度信息采集节点、闸门后信息采集节点(13)和闸门下游信息采集节点(12)；远程数据传输网关(17)包括网络协调器、应用处理器和GPRS模块；

闸门上游信息采集节点(15)设置在闸门(1)上游，与闸门(1)的距离等于1/4单孔闸宽，通过获取超声波发射返回时间间隔和温度，采集上游水位；闸门下游信息采集节点(12)设置在闸门(1)下游，与闸门(1)的距离等于1/4单孔闸宽，并且不超过0.4m，闸门下游信息采集节点(12)通过获取超声波发射返回时间间隔和温度，采集下游水位；所述闸门上游信息采集节点(15)和闸门下游信息采集节点(12)均包括超声波水位传感器和温度传感器A，所述超声波水位传感器的超声波发射接收探头(42)通过固定在岸上的安装支架(41)固定在水面上空，温度传感器A设置在所述超声波发射接收探头(42)内，测量超声波发射返回时间间隔的同时测量环境温度，对声速进行修正；

所述闸门后信息采集节点(13)设置在闸门(1)后，与闸门(1)的距离小于0.4m，通过获取超声波发射返回时间间隔和温度，采集闸门后水位和泥沙淤积厚度；闸门后信息采集节点(13)包括超声波泥位传感器(31)、温度传感器B和固定线(16)，超声波泥位传感器(31)的探头朝下，所述温度传感器B设置在所述超声波泥位传感器(31)的探头内，所述固定线(16)固定在闸门(1)两侧，所述超声波泥位传感器(31)安装在一个浮子上，浮子通过绳索固定在所述固定线(16)上；

所述闸门开度信息采集节点包括闸门平板开度传感器，该闸门平板开度传感器采用编码器(21)；

二、利用步骤一的量水装置进行信息采集、处理和流量计算：

(一)、信息采集和处理：

(1)利用闸门上游信息采集节点(15)的超声波水位传感器对闸门上游水深H进行采集，并采用实测温度T对声速进行修正，声速v＝331.45+0.61T；然后根据采集到的时间差Δt得到超声波水位传感器的发射接收探头与液面的高度则闸门上游水深H＝H_a-h₁，其中H_a为超声波水位传感器的发射接收探头与渠道底部的距离；用同样的方法，利用闸门下游信息采集节点(12)的超声波水位传感器测得闸门下游水深h_t＝H_a-h₁；

(2)利用编码器(21)对闸门开度e进行采集，闸门丝杆导程为s，齿轮比为n，编码器(21)线数为300，则闸门开度其中e_t为上一时刻闸门的开度，N_Pulse为编码器(21)产生的脉冲数目；

(3)利用超声波泥位传感器(31)对水中声速c进行实测，方法是：清除闸门下游信息采集节点(12)所在处的渠道内的淤积泥沙(25)，然后利用超声波泥位传感器(31)对此处执行多次测量，得到平均发射返回时间差根据等式得出水中声速c，其中h₀为超声波泥位传感器(31)的发射接收探头与水面的距离；

(4)选取一定周期N，多次测量得到发射接收时间差序列Δt₁…Δt_N，得到闸门底板淤积泥沙的厚度然后，得到修正后的闸门量水参数H′、e′、h_c′和h_t′：

修正后的闸门上游水深H′＝H-γh_s，其中γ为闸门上游淤积泥沙厚度修正系数，γ＝1.0-1.5；

修正后的闸门开度e′＝e-h_s

修正后的收缩断面水深h_c′＝h_c-h_s

h_c＝eε

ϵ = 0.6159 - 0.0343 e H + 0.1923 ( e H ) 2 ]]>

式中h_c为收缩断面水深，ε为垂向收缩系数；

修正后的闸门下游水位

(二)过闸水流流态判断：

如果e′/H′＞0.65，则属于平底坎堰流，否则判断h_c″-h_t′＞0是否成立，若成立则属于平板闸孔自由流，若不成立则属于平板闸孔淹没流；

收缩断面的跃后共轭水深为

其中

式中F_rc²为收缩断面的佛氏数，为流速系数，的取值范围为0.95-1.00；

(三)流量计算：

根据过闸水流流态，计算闸门过水流量：

(1)闸孔自由出流状态的流量

其中

μ₀＝0.60-0.18e′/H′

式中μ₀为闸孔自由出流的流量系数，b为闸门宽度，v₀为水流流速；

(2)闸孔淹没出流状态下的流量

其中

M = 4 μ 0 2 e 2 h t ′ - h c ′ h t ′ h c ′ ]]>

(3)堰流出流状态下的流量

其中

h_a＝H′-a

m 0 = 0.4034 + 0.0534 h a a + 1 1610 h a - 4.5 ]]>

式中h_a为堰上水头，σ为淹没系数，m₀为流量系数，a为堰高。