流速仪在阿合别斗灌区测流的应用与分析

摘 要：渠道水利用系数是灌区改造与节水灌溉的重要指标，也是衡量渠道输水效率的标志性指标。以阿合别斗灌区为测试渠道，结合实际应用从不同渠道确定2种仪器在不同条件的适用性，对如何快速精准测量渠道流量提供新的方法。

关键词：LS1206B流速仪;多普勒便携式流速仪;渠道测量

中图分类号：S2

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115017

收稿日期：2020-10-20

基金项目：新疆现代灌区建设及高效节水关键技术（项目编号：2020.D-004）

作者简介：余其鹰（1994-），男，硕士。研究方向：水文水资源。

1 概述

流速仪是一种测量流速的测量仪器，随着计算机技术的发展，测速装置也呈现自动化、多样化，常见的旋桨式流速仪因价格便宜，受到水利行业青睐，但因不同水体造成测量误差。近年来国内外先进的超声波、激光、多普勒流速仪相继流入市场，装置虽然先进，但价格不菲，而且通过各种原理设计下的流速仪呈现的缺陷也是限制大量推广的主要原因。选择适宜的流速仪，准确测定流量，确定渠道水利用系数是合理评价节水灌溉发展成效和分析水潜力的重要基础。

阿合别斗中型灌区位于新疆塔城地区托里县，占地面积约116000hm2，草场面积11.13万hm2，灌溉面积7293.33hm2。灌区地处亚欧大陆腹地，远离海洋，春季多风，夏季炎热而短促，秋季凉爽，冬季严寒而漫长，属于典型的干旱、半干旱大陆性气候区。根据托里县气象资料显示，阿合别斗中型灌区多年平均气温4.9℃，多年最高气温40.2℃，最低气温-36.6℃，多年最冷月平均气温-12.56℃，年冻融循环次数小于100次。多年平均降水量253.1mm，蒸发量为2017mm，多年平均积雪深为32cm，最大冻土深1.5m。无霜期116d左右，主风向为东南风，年平均风速7～9m·s-1，径流主要靠泉水和融雪水补给，多年平均径流量为1351×104m3。

通过传统旋桨式流速仪与现代化便携式多普勒流速仪进行对比试验测定，探求不同级别渠道2种流速仪的测定结果，总结不同流速仪适用条件，在满足测定精度条件下，达到快速测定流量的目的。

2 方法与仪器

2.1 试验区概况

本次试验选取阿合别斗老风口干渠渠首处，支渠渠首加5km处，选取水面波动小、水面平稳的梯形水泥断面。采用江苏通达仪表有限公司生产LS1206B型旋桨式流速仪（以下简写为旋桨式流速计）、多普勒便携式流速仪。

2.2 试验方法及其原理

2.2.1 旋桨式流速仪

利用喷漆确定测量断面，然后用测深仪器布设3条垂线，将断面分为3个小部分;用仪器测量每条垂线位置水深，计算断面面积、垂线上的平均流速，最终确定断面的平均流速;断面面积与平均流速的乘积即为断面流量大小。仪器测算公式：

V=KNT+C（m/s）（自动计算）

式中，V为测流时段内平均流速，m·s-1;K为桨叶水力螺距;C为流速仪常数;T为测流时时长，s;N为T时段内信号数;K、C均为常数。

2.2.2 多普勒便携式流速仪

多普勒流速仪利用多普勒原理测量流量，可提供瞬时值和累计流量值，可选配短信和GPRS无线模块实现远程遥测。

3 结果分析

3.1 干渠测量

利用便携式多普勒流速仪与旋桨式流速仪分别在阿合别斗干渠进行测量对比结果如表1至表3所示，干渠旋桨式流速仪断面流速在垂线上从下至上呈递增，符合水动力学理论，便携式多普勒流速仪在垂线上误差较小，产生误差的主要原因是渠道的糙率和20s内的平均读数以及温度共同决定的。

通过比较测量2种结果分析，最大测点相对误差大于5%的误差规定，其余测量参数（断面流量、水量断面面积、平均流速等）均符合误差规定。最大测点流速的误差值是2种仪器设置原理不同导致的，多普勒测得流速为每20s更新的最大流速，旋桨式流速仪为每30s更新的平均流速，但多次测量后断面流量的相对误差为1.2%，属于可接受范围内。

3.2 支渠测量

选取支渠断面如干渠相同方法在断面垂线上依次做相同试验结果如表4至表6，经过测量支渠部分数据发现，旋桨式流速仪流量能够满足5%的误差规定，便携式多普勒流速仪相对旋桨式流速仪所得出的断面流量相对误差高达33.23%，最大点流速和平均流速相对误差大于5%。分析主要原因是便携式流速仪测量水深与实际水深不符合，故断面面积小于实际面积;断面流速小于实际流速。综上，断面实际流量大于断面实测流量。因此在断面较窄、边缘流速较大的矩形渠道使用便携式多普勒剖面流速仪测流，误差较大，不宜使用。

4 结论及建议

阿合别斗作为托尼县的中型灌区，通过测流达到测算灌溉系数，测流的精准性十分重要。但是由于渠道水质不同造成的精度不高会影响水量统计，直接影响灌溉系数，因此针对不同渠道选择合适的测流仪器十分重要。综合试验后给出如下建议。

4.1 渠道断面选择

应选择糙率低，水面起伏小，平稳流态的规则断面进行测流。

4.2 水深

针对不同水深选择不同测流仪器，便携式多普勒流速仪与旋桨式流速仪最低测流水深分别为5cm、10cm。

4.3 水质

旋桨式流速仪在测流过程中遇到水草漂浮物时，会缠绕住转动轴，严重影响测流结果;便携式多普勒流速仪是通过多普勒原理监测水中颗粒物反射波来测得瞬时最大流速，当水质清澈时，可能在短时间内没有读数，故应选择浑浊水体测流精度较高。

4.4 检查与保养

定期检查便携式多普勒流速仪探头、电线等设施。试验完成后用光滑软布擦拭与水接触部位，防止生锈腐蚀。定期检查电池电量。雨天工作时，保护好设备主机，避免雨水进入主机造成短路损害。多普勒流速仪测流速度快、高精度、数据可靠等优点适用于较大干渠及支渠中，而旋桨式流速仪适用于大小断面支渠，针对不同渠道选择不同设备为阿合别斗灌区测流，实现提高灌溉系數提供理论基础。

（责任编辑 周康）