| 详细介绍： 明渠堰槽流量计产品介绍
目前，市场上有各种流量计可供使用者选用。为了供、用水单位准确计算供、用水流量和总量以及水费，选择双方认可的计量仪器很重要，也是防止或解决供、用水纠纷的基础。但是，每种流量计都有使用时间和条件限制。当流量计出现问题时，委托法定单位对仪器进行鉴定，得出明确结论，尤为必要。本文以某水库明渠为例，阐述了如何用流速仪法比测明渠流量计，并得出了比测结论。
1 明渠概况
该明渠是韶关市某水库供水给韶关某集团公司的供水渠，明渠为宽、深1.O0m的正方形、混凝土三面光断面。明渠堰槽流量计的上、下游无杂草和其它阻水物，渠道顺直，水流稳定并可认为是均匀流态。
2 流速仪测验情况
按照技术标准和规范进行测验，历时6a（见表1）。为使测验达到较高精度，在明渠堰槽处上游10m、25m、300m、500m设置了4个断面，采用L25-A3型流速仪、面积~流速精测法测流。断面附近渠道顺直，顺直距离远远大于渠宽的2~3倍，水流平稳，符合水文测验规范规定的流态和条件。一般有5~6条垂线，每条垂线2~3个测点，每测点测速历时均超过100s。
表1 各年流量测验情况 单位：次
年份
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1996
|
1997
|
1998
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1999
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2000
|
2001
|
合计
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堰槽处上游10m
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3
|
1
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33
|
13
|
6
|
5
|
61
|
堰槽处上游25m
|
20
|
25
|
--
|
--
|
--
|
--
|
45
|
堰槽处上游300m
|
2
|
--
|
--
|
--
|
--
|
--
|
2
|
堰槽处上游500m
|
--
|
--
|
--
|
--
|
10
|
--
|
10
|
合计
|
25
|
26
|
33
|
13
|
16
|
5
|
118
|
根据水文测验规范的要求和流量原始记录的分析，认为118次流量成果正确、合理，可用来分析计算。作为比测流量计的依据。
3 明渠堰槽流量计与实测的流量比较
流速仪施测流量时，记录了相应时段明渠堰槽流量计（以下称仪表）的平均流量对每测次计算仪表流量相对误差，统计分析见表2。
表2 实测流量与仪表流量误差统计
项目
|
仪表流量
≤实测流量
|
仪表流量＞
实测流量
|
误差≤±10%
|
±10%＜误差
≤±30%
|
误差≥±30%
|
系统误差
|
最大负
误差
|
最大正
误差
|
测次次数
|
87
|
31
|
102
|
12
|
4
|
-3.0%
|
-11.1%
|
+19.4%
|
累计频率
|
73.7%
|
26.3%
|
86.4%
|
10.2%
|
3.4%
|
表2表明118次流量中有73.7%仪表流量比实测流量偏小，仪表流量系统偏小，最大偏小-11.1%。但仪表流量有86.4%误差小于±10%，有较高精度。进一步分析发现，流量越小，仪表测量值偏差越大。将计算流速仪实测流量和仪表流量进行相关分析，相关系数为R2=0.9798，回归方程为：
Q计=1.119×Q显-0.166 （1）
式中Q计为计算流量，m3/s；Q显为仪表流量，m3/s。
方程（1）使用范围是水位0.28~0.95m，仪表流量0.17~2.41m3/s。对方程（1）作误差统计分析见表3。
表3 计算流量与仪表测量流量相关分析误差与统计
项目
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仪表流量
≤实测流量
|
仪表流量＞
实测流量
|
误差≤±10%
|
误差＞±10%
|
系统误差
|
最大负
误差
|
最大正
误差
|
测次次数
|
65
|
53
|
106
|
12
|
-0.6%
|
-10.9%
|
+12.3%
|
累计频率
|
55.1%
|
44.9%
|
89.8%
|
10.2
|
由表可见，通过简单相关转化后，仪表流量精度大幅度提高，系统误差由-3.0%提高到-0.6%，误差小于1O%的累积频率由86.2%提高到89.8%，误差和流量大小无关，即无论流量大小，误差呈随机分布。
4 水位流量关系分析
为率定渠道水位流量关系，点绘堰槽上游1Om处（此处水位与仪表记录水位相同）水位流量关系图，发现水位流量关系良好。水位流量关系回归方程如下：
Q计=2.8497×Z1.8922 （2）
方程（2）适用范围是水位0.28~0.95 m、流量0.17~2.55m3/s。误差分析见表4。
表4 堰槽上游1Om处水位流量关系（流量>O.20m3/s）误差统计
项目
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误差≤0%
|
误差＞0%
|
误差≤±10%
|
误差＞±10%
|
系统误差
|
最大负误差
|
最大正误差
|
测次次数
|
56
|
56
|
111
|
1
|
0.1%
|
-8.3%
|
+9.2%
|
累计频率
|
50%
|
50%
|
99.1%
|
0.9%
|
水位流量关系曲线精度很高，99.1%流量误差小于等于±1O%，最大正误差只有+9.2%，最大负误差为-8.3%，系统误差为0.1%。水位流量实测点标准差为4.21%，曲线无系统偏离，符合规范要求。所以水位0.28~0.95m，流量0.17~2.55m3/s可用方程（2）推算流量。
5 仪表内置水位流量关系分析
因为没有仪表内置水位流量关系，根据记录的仪表流量和堰槽处水位建立水位流量关系。水位流量关系非常好，各点均匀分布于曲线附近，误差很小，无系统偏离，水位流量关系方程如下：
Q=2.6514×Z1.6540 （3）
方程（3）适用范围为水位0.28~0.95 m，流量0.17~2.55m3/s。
6 实测水位流量关系与仪表内置水位流量关系比较
为了从理论上分析仪表流量相对于实测流量的偏离情况，可设如下不等式组：
2.6514×Z1.6540>2.8497×Z1.8922 （4）
且0.28≤Z≤0.95
解不等式组（4）得
0.28≤Z<0.74 （5）
仪表误差为
Er=1-0.90× Z-0.2382 （6）
当水位在[0.28，0.74]、流量在[0.17，1.61]时，仪表流量大于实测流量，误差随着水位减小按指数规律（6）逐渐偏大，误差区间为[O%，25.9%]；当水位在[0.74，0.95]、即流量在[1.61，2.55]时，仪表流量小于实测流量，仪表流量误差随着水位增大按指数规律（6）逐渐偏小，误差区间为[-5.9%，0%]。
7 明渠堰槽流量计检定分析
该仪器原理是在堰槽上置一部超声波测量水面（深）的设备，配合已编好程序（水位或水深~流量关系方程）的计算机，使瞬时测出的水位（深）利用计算机立即显示为流量。通过水力学设计及实验数据定出堰槽过水断面水位（深）与流量的关系，利用测出水位（深）换算为流量。其优点是每日24h任何时候都可以用超声波测量水位（深）并利用内置程序显示流量并储存，前提条件是一定要用该流量计指定规格的测流堰槽及其对应公式；缺点是整套超声波、计算机系统均在野外进行，使用条件和仪器设定可能不一致，而且电源质量也不一定能配合。此外，测流堰槽的建造是否符合设定公式，必须与实测流量比较后才能投入正常运行。
实测水位流量关系是用国标规定的方法，测出流速和过水面积，计算流量，并测定相应水位（深），建立水位（深）流量关系，利用水位换算流量。其优点是直观，渠道断面变化可以迅速重新测定，不随外界条件的变化而影响流量误差的变化，不会发生计量的根本错误，是验证和率定各种计量设施的基本依据。
8 结论和建议
该明渠堰槽流量计的内置公式为Q=2.6514×Z1.6540。当明渠水深小于0.74m时，流量计流量大于实际流量，水深越小，偏大越多；当明渠水深大于0.74m时，流量计流量小于实际流量，水深越大，偏小越多。因此，该明渠堰槽流量计记录的流量不能反映实际流量，计算流量时，需要进行修正，流量修正公式为方程（1）。但是，供水总量则还要根据实际供水时间才能正确计算。一般来说，流量计记录的供水时间是可以接受的，所以，计算供水总量就相当容易了。综上所述，流量计使用和检定应该严格按有关规范或标准建立、运行，方能使流量计量客观、准确，防止或解决供用水纠纷。
另外，供、用水单位为计算供用水总量及水费，务必选择适当的计量仪器，并注意使用条件。使用过程中，委托具有相应资质的单位对仪器进行检定尤为必要。就明渠堰槽流量计来说，检定项目包括：
（1）二次仪表误差检定；
（2）堰槽过流状态，要求行近渠槽水流条件Fr≤0.5，并判断自由出流或淹没出流；
（3）堰槽结构尺寸（宽度、长度）的不确定度；
（4）行近渠槽长度、行近渠槽中心线与堰槽建筑物中心线重合程度；
（5）水位零点的不确定度；
（6）水位流量转换不确定度。
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