一．引文

多普勒超聲波流量計(jì)是農(nóng)田灌區(qū)輸水流量監(jiān)測(cè)的核心設(shè)備，水利工程技術(shù)人員結(jié)合農(nóng)田灌區(qū)渠道、管道的輸水特性與精準(zhǔn)灌溉的實(shí)際需求，完成設(shè)備的適配性設(shè)計(jì)與部署，使設(shè)備可實(shí)現(xiàn)灌區(qū)不同輸水節(jié)點(diǎn)流量的連續(xù)、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，同時(shí)適配灌區(qū)低流速、多載體、不間斷輸水的場(chǎng)景特點(diǎn)，為灌區(qū)水資源調(diào)度、節(jié)水灌溉實(shí)施、水量計(jì)量核算提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，成為現(xiàn)代農(nóng)田灌區(qū)水利信息化建設(shè)的重要組成部分。

二．監(jiān)測(cè)原理

水文研發(fā)人員基于多普勒效應(yīng)研發(fā)設(shè)計(jì)多普勒超聲波流量計(jì)，使其適配農(nóng)田灌區(qū)的輸水監(jiān)測(cè)需求，同時(shí)通過(guò)算法優(yōu)化解決灌區(qū)低流速監(jiān)測(cè)的技術(shù)難點(diǎn)。設(shè)備的核心監(jiān)測(cè)機(jī)制依托超聲波的頻移變化實(shí)現(xiàn)流速測(cè)算，換能器發(fā)射固定頻率的超聲波至水流中，超聲波接觸水體中自然存在的懸浮物、微小顆粒后產(chǎn)生反射信號(hào)，反射信號(hào)的頻率與發(fā)射信號(hào)形成的頻差被設(shè)備精準(zhǔn)捕捉，技術(shù)人員通過(guò)對(duì)頻差的計(jì)算與轉(zhuǎn)化得出水流的實(shí)際流速，內(nèi)置壓力式水位計(jì)，采集水位數(shù)據(jù)，再將流速數(shù)據(jù)，水位數(shù)據(jù)與灌區(qū)輸水?dāng)嗝娴木珳?zhǔn)參數(shù)相結(jié)合，代入內(nèi)置公式完成流量的自動(dòng)演算。

三．技術(shù)參數(shù)

水利行業(yè)技術(shù)人員依據(jù)農(nóng)田灌區(qū)輸水工程技術(shù)規(guī)范與不同灌區(qū)的輸水特征，對(duì)多普勒超聲波流量計(jì)的核心技術(shù)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格標(biāo)定與優(yōu)化，使設(shè)備性能完全適配灌區(qū)全天候、高精度的監(jiān)測(cè)要求。流速監(jiān)測(cè)維度，設(shè)備的量程覆蓋0.02~10m/s的區(qū)間，可精準(zhǔn)捕捉灌區(qū)輸水過(guò)程中的低流速狀態(tài)與常規(guī)輸水流速，流速監(jiān)測(cè)精度達(dá)±1.0%測(cè)量值或±0.01m/s取最大值，流量監(jiān)測(cè)精度同步適配該標(biāo)準(zhǔn)，能滿足灌區(qū)水量精準(zhǔn)計(jì)量的需求。設(shè)備的工作環(huán)境溫度覆蓋-20℃~65℃，可適應(yīng)南北不同灌區(qū)的氣候差異，換能器與主機(jī)的防護(hù)等級(jí)均達(dá)IP68，能耐受灌區(qū)戶外的高濕、淋雨、短時(shí)積水環(huán)境。設(shè)備的供電模式支持DC9~24V直流寬電壓與AC220V市電雙輸入，低功耗設(shè)計(jì)使直流供電模式下可適配太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，滿足灌區(qū)野外無(wú)市電節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)需求，數(shù)據(jù)輸出接口標(biāo)配RS485并拓展支持4G、北斗等無(wú)線傳輸方式，采樣頻率可根據(jù)監(jiān)測(cè)需求在5分鐘~60分鐘間自由調(diào)節(jié)，設(shè)備響應(yīng)時(shí)間≤1s因而能精準(zhǔn)捕捉灌區(qū)輸水的瞬時(shí)流量波動(dòng)。

四．技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水利工程技術(shù)人員通過(guò)換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與核心算法優(yōu)化，使多普勒超聲波流量計(jì)具備多重適配農(nóng)田灌區(qū)的性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)貼合灌區(qū)基層運(yùn)維的實(shí)際需求。設(shè)備針對(duì)灌區(qū)輸水的低流速特性進(jìn)行算法優(yōu)化，在0.02m/s的極低流速狀態(tài)下仍能保持精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，解決了傳統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)設(shè)備在低流速下數(shù)據(jù)失真的行業(yè)難點(diǎn)。同時(shí)設(shè)備兼容管道、明渠、暗渠等多種輸水載體，可適配農(nóng)田灌區(qū)從骨干輸水到田間配水的不同輸水節(jié)點(diǎn)，設(shè)備還支持遠(yuǎn)程參數(shù)配置與故障診斷，監(jiān)測(cè)人員通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)即可調(diào)節(jié)采樣頻率、傳輸間隔等參數(shù)，同時(shí)實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)流量監(jiān)測(cè)的無(wú)人值守。

五．應(yīng)用場(chǎng)景

灌區(qū)監(jiān)測(cè)人員根據(jù)農(nóng)田灌區(qū)渠系布局與輸水節(jié)點(diǎn)的功能差異，將多普勒超聲波流量計(jì)進(jìn)行針對(duì)性布設(shè)，使設(shè)備在灌區(qū)不同監(jiān)測(cè)場(chǎng)景中發(fā)揮流量計(jì)量與數(shù)據(jù)支撐的核心作用。

1.干渠、支渠等灌區(qū)骨干輸水渠道的控制斷面，設(shè)備被布設(shè)于渠系的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)主干輸水流量的連續(xù)監(jiān)測(cè)，為灌區(qū)管理部門的整體水資源調(diào)度、水量分配提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.斗渠、農(nóng)渠等田間輸水渠道，設(shè)備適配小流量、低流速的監(jiān)測(cè)需求，精準(zhǔn)掌握各片區(qū)的實(shí)際田間灌溉用水量，為農(nóng)田精細(xì)化灌溉與用水核算提供依據(jù)。

3.灌區(qū)的分水口、配水閘等節(jié)點(diǎn)，設(shè)備被配套布設(shè)用于精準(zhǔn)計(jì)量各行政村、種植片區(qū)的分水流量，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)用水的按量計(jì)費(fèi)與公平配水。

4.灌區(qū)的再生水、節(jié)水回用水輸水渠道，設(shè)備監(jiān)測(cè)生態(tài)灌溉用水的輸水流量，為灌區(qū)水資源循環(huán)利用、生態(tài)灌溉實(shí)施提供數(shù)據(jù)支撐。

5.灌區(qū)的泵站輸水出口與渡槽輸水?dāng)嗝?/strong>，設(shè)備適配特殊輸水節(jié)點(diǎn)的流量監(jiān)測(cè)需求，捕捉泵站啟停、渡槽輸水的流量變化，保障灌區(qū)輸水工程的安全、高效運(yùn)行。