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科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 随着科学兴建大量水利工程，为了获得水流量变化过程，越来越迫切地要求高精度水流量监测，势必要增加测次，加大工作量及经济成本。传统水流量监测方法仅适用于小流量环境，水流量水设备精度较低，亟需水流量监测以解决受工程影响的水流量监测问题[1]。目前，水流量在线监测主要有流速面积法及水力学法。水力学法又分为水工建筑物测流法和量水建筑物测流法；流速面积法又分为剖面流速测量和表面流速测量。采用H-ADCP 进行水流量监测是现在常用的方法，固定式CM型(Channel Master)H-ADCP新型声学多普勒水流量监测仪器，流速量程可达±20 m/s，具有128个可选单元。三个型号(CM300、CM600和 CM1200)系统频率分别为300kHz、600 kHz和1 200 kHz,H-ADCP通常长期固定安装在某一站位，水流量监测站可以是无人值守，水流量数据通过数字传输系统传到任何地点。有两种完全不同的流量计算方法，即是指标流速法和数值法，其中数值法本质上是流速-面积法，指标流速法本质是率定。指标流速法缺点是需要率定，优点是不需要H-ADCP剖面范围覆盖整个过水断面；数值法缺点要求H-ADCP剖面范围覆盖整个过水断面，最大优点是不需要率定[2]。 因此，针对几十米及以下宽的明渠，明渠宽小于H-ADCP剖面范围，两种流量计算方法都可以采用。大江大河宽度大于H-ADCP剖面范围，只能采用指标流速法。
1 计算实测数据流量
1.1 实测数据概况
试验采用600 kHzCM型固定式H-ADCP从桥中段固定放入河流,H-ADCP设定参数为采样间隔37.4s，平均时间步长37.4 s，盲区0.5 m，单元数20，单元长度0.5m。H-ADCP自13:00～14:00采样，历时1 h，共获得361组流速、水位等数据,H-ADCP水流量测验现场如图1所示。
现场实测固定式H-ADCP实测水位和固定式H-ADCP实测流速分布和水位数据如表1所示，采用其数据指标流速法和数值法计算流量[3]。1.2 数值法
利用明渠流速分布定律和H-ADCP实测流速数据推算过水断面上各个点的流速，然后对整个过水断面流速分布进行积分算出流量[4]。
设为垂直于过水断而的流速分量，流量计算公式为 (,)x Q y z dxdy V =
⎰⎰
(1)
公式(1)中,z为垂直坐标,z=0时为水位基准面;y为横向坐标;x为纵向坐标。假定符合如下幂函数分布:
①作者简介：赵倩(1989,4—)，女，汉，本科，甘肃张掖人，助理工程师，研究方向: 水雨情监测、流量监测。
DOI:10.16661/jki.1672-3791.2017.09.115
固定式H-ADCP 水流量监测算法研究①
赵倩
(江苏南水科技有限公司 江苏南京 210012)
摘 要：文章采用固定式H-ADCP实测数据计算流量，建立平均流速与指标流速的数学模型，通过指标流速法和数值法计算水流量与固定式H-ADCP实测水流量的相对误差，指标流速法和数值法计算验证了固定式H-ADCP水流量监测算法的有效性，具有较好的应用前景。
关键词:H-ADCP水流量监测 固定式CM型 计算水流量中图分类号:S274.4
文献标识码:A
文章编号:1672-3791(2017)03(c)-0115-02
图1 H-ADCP 流量测验现场
实验开始时间 H-ADCP 实测指标流速
（m s -1
） H-ADCP 实测水位（m） 13：01：310.199 0.455 13：11：050.146 0.435 13：14：410.127 0.425 13：21：010.088 0.413 13：24：570.069 0.405 13：36：200.045 0.385 13：40：360.045 0.388 13：53：280.035 0.380 13：58：470.027 0.413
表1 固定式H-ADCP 实测结果
表2 累计历时90 min累计水流量和累计水流量相对误差. All Rights Reserved.
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(,)()()x
y z y b z z V
β
α=-盲区监测
(2)
公式(2)中,b z 为渠底高程，流速分布系数为α(y)。经验常数为β,β=1/6，与河床慥率、河流流态有关。Z b 和α(y)均为y的函数,α(y)可由H-ADCP实测单元流速分量求得。
该文实验采用单元流速来推算过水断面上各个点的流速。启动数值算法模块然后回放试验得到的H-ADCP流速和水位数据算出水流量。1.3 指标流速法
指标流速建立数学模型表示，即指标流速与数据断面平均流速之间的相关关系，类似于代表点法或代表线法，其本质是率定法，指标流速法基本原理是利用实测流量，提出河流或明渠过水断面上某处的
局部流速[5]。该文实验得到9组实测断面平均流速与指标流速数据。利用指标流速法针对数据进行回归分析，水面平均流速与指标流速的数学模型如下。
(,)()()x
y z y b z
z V
α
β=-
(3)
将数学模型公式(3)率定系数为0.8635，水流断面数据输入H-ADCP启动指标流速法模块，然后回放实验得到的H-ADCP 流速和水位数据，通过指标流速法计算出水流量。
2 实验结果比较分析
通过表1可以看到,H-ADCP实测水位变化范围为0.385～0.455 m,H-ADCP实测指标流速变化范围为0.0
27～0.199m/s。相对误差计算对于小流量或小流速是没有意义，不采用数值法的计算精度，利用流速相对误差来评价指标流速法。分别采用数值法和指标流速法和计算相应的历时水流量，累计历时90min的水流量，实测水流量、计算水流量及其相对误差如表2所示。
由表2可以看到，指标流速法计算的水量相对误差较小的原因是其数学模型,H-ADCP指标流速法和H-ADCP数值法相对误差分别为-0.12%和1.62%，该文达到1.62%相对精度具有实用价值。
3 结语
固定式H-ADCP水流量可很好地服务于最严格水资源管理，采用指标流速法、数值积分法实时计算流量，针对累计水流量测验精度是比瞬时流量测验精度更重要的参数，设置了H-ADCP 参数、水位获取参数和流量计算模块等，流速采集数据的实时获取，数值积分法流量的自动计算，实现了H-ADCP数据无线远程传输，具有较好的可扩展性，更有意义。
参考文献
[1]黄河宁.宽带声学多普勒技术用于灌区量水试验研究—固定
式H-ADCP在线流量监测及其流量计算[J]．中国农村水利水电,2007(11):50．
[2]周波，张国学，李雨．通用比降面积法流量测验系统软件设计
与实现[C]//水利量测技术论文选集(第九集).郑州：黄河水利出版社,2014．
[3]李远青．H-ADCP在珠江三角洲思贤滘测流中的应用[J]．佛山
科学技术学院学报：自然科学版,2005,23(3):18-20．[4]李云中，胡焰鹏，叶德旭．H-ADCP自动流量监测系统在长江
三峡河段的应用[C]//全国水文学术讨论会,2004．[5]WANG Fajun,HUANG He`ning.Horizontal acoustic
Doppler current[C]// Water Engineering for the Future,Choices and Challenges.2005.
压缩机内[1]。
4 NPT5型空气压缩机润滑油的乳化故障的预防处理
通过对韶山3型、东风4B型、东风5型NPT5型空气压缩机的安装位置、机车机构及乳化状况的研究，笔者认为NPT5型空气压缩机润滑油乳化故障可以进行以下预防处理。
4.1 在进风口安装空气干燥器或选用吸湿性较好的滤清器
对于乳化严重的东风4B型机车，在进风口安装了空气干燥器，对进风质量起到了一定的改善作用。另外，也使用了吸湿性较好的滤清器，在空气虑清器中添加棕丝等滤芯材料，过滤掉空气中的水分，也对进气质量起到一定的效果。4.2 乘务员定期打开排水阀排水
韶山3型、东风4B型、东风5型有部分机车安装的是自动排水阀，部分机车安装的是排水堵。自动排水阀[2]可以将产生的冷凝水及时排掉，可以做到在中间环节上控制乳化，排水效果较好。未安装自动排水阀的机车，雨雾天气，乘务员应定期打开空气压缩机工作的排水堵，以排出积水，缓解润滑油乳化程度。
4.3 调整韶山3型、东风4B 型、东风5型3种机型的NPT5型空气压缩机检修标准
韶山3型、东风4型、东风5型3种机车虽然在结构上有很大的区别，但每一种机型的NPT5型空气压缩机的检修标准是一样的。在运用中，把东风4型、东风5型高压缸的活塞环合口间隙从0.6mm 调整到0.5mm，低压缸的活塞环合口间隙从0.8mm调整到0.7mm。调整后，这两种机型的润滑油乳化率和润滑油含水量有明显下降。
通过上述的预防处理，有效地降低了NPT5型空气压缩机的润滑油乳化率，特别是东风4B型机车的润滑油乳化现象大为改善。从对东风4B型机车NPT5型5台空气压缩机润滑油的监测结果，在一个辅修期（约3个月）内润滑油的含水量都大为下降，其中有4台的润滑油含水量已经降到了0.1%的标准线以下，
把换油周期延长到了半年，东风5型和韶山3型机车NPT5型空气压缩机的换油时间也都分别延长到了1年和1年半以上，有效地节约了维护成本。
参考文献
[1]任新仕.DF4D型机车压缩机油乳化的原因分析及改进措施
[C]//北京铁路局技师协会，2009.
[2]李树仁.东风4型机车空气压缩机的油质乳化的防治[J].内燃
机车，1991(10):45.
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