9.2.2 设备技术性指标比选研究
根据唐徕渠灌区量测水工况,选择具有典型代表性的干渠、支干渠、支渠作为试点,按渠道流量大小分为4种级别进行试验。流量分级及典型渠道选择见表9.1。
表9.1 流量分级及典型渠道选择表
限于篇幅,本书以李家小口量测水设备技术性指标比选为例,分别对测量数据的准确性分析、数据稳定性分析、泥沙对设备数据影响分析以及数据可靠性综合分析进行介绍,其他流量级别的比选设备测流情况仅对其结果进行评价分析。
(1)数据准确性分析。
1)水位。在李家小口主要安装A公司的明渠流量测量系统(LDM-51),并以渠道管理部门采用的LS25-3D型流速仪作为校核设备,比较不同水位(H＝0.4m、H＝0.5m、H＝0.6m)情况下不同测试时段比测设备水位、流速及流量,见图9.3。
图9.3 不同测试时段比测设备不同水位情况下的水位数据精度变化情况
在李家小口典型断面上,不同水位条件下,从整个监测期来看,A公司的测流设备水位误差较小,范围为0～5.25%,总体基本符合测流规范要求。
2)流速。在李家小口典型断面上,不同水位条件下A公司的测流设备流速误差较小,范围为1.34%～7.50%,总体基本符合测流规范要求,见图9.4。
图9.4 不同测试时段比测设备不同水位情况下的流速数据精度变化情况
3)流量。在李家小口典型断面上,不同水位条件下A公司的测流设备流量误差范围为8.18%～20.27%,不符合测流规范要求,见图9.5。
4)综合对比。统计不同水位条件下比测设备水位、流速和流量误差的最大值、最小值和平均值,见表9.2。从表9.2中可以看出,在1m3/s流量以下的李家小口断面,A公司的测流设备在各级水位条件下,水位测量精度均较高(0.75%～5.25%),基本符合测流规范要求。该设备在中高水位(0.4～0.6m)条件下,流速测量精度相对较高(1.71%～2.60%),小水位(＜0.32 m)流量测量精度相对较差(20.99%),中高水位流量测量精度偏高(10.78%～20.27%)。在该级别流量的渠道上,A公司的测流设备对中高水位的水位监测值较为准确,对不同水位的流量监测精度偏低。
图9.5 不同测试时段比测设备不同水位情况下的流量数据精度变化情况
表9.2 不同水位条件下比测设备不同参数的监测精度情况表
续表
图9.6 不同测试时段比测设备不同水位情况下的水位监测数据变化情况
(2)数据稳定性分析。
1)水位。为了判定A公司的明渠流量测量系统(LDM-51)监测数据的稳定性(监测数据波动的大小),比较不同水位(H＝0.4m、H＝0.5m、H＝0.6m)情况下不同测试时段比测设备水位、流速及流量等不同参量的数据过程线,并得出其变化幅度(器测数据与人工数据的误差变幅)的大小,见图9.6。在李家小口断面上,不同水位条件下,从整个监测期来看,A公司的测流设备水位监测数据变幅较小,范围为0～0.04m,水位数据监测较稳定。
2)流速。在李家小口典型断面上,不同水位条件下,从整个监测期来看,A公司的测流设备流速监测数据变幅较大,范围为-0.06～0.05m/s,见图9.7。
图9.7 不同测试时段比测设备不同水位情况下的流速数据值变化情况
3)流量。在李家小口断面上,不同水位条件下,从整个监测期来看,A公司的测流设备流量监测数据变幅较大,范围为-0.04～0.18m3/s,数据监测不稳定,见图9.8。
4)综合对比。在1m3/s流量以下的李家小口断面,A公司的测流设备在各级水位条件下,小水位(＜0.32m)测流数据较稳定,中水位(0.4～0.6m)测流数据稳定性较差,见表9.3。
图9.8 不同测试时段比测设备不同水位情况下的流量数据值变化情况
(3)泥沙对设备数据影响分析。
1)行水期泥沙特征。在渠道行水期间(11月3—7日),对当日泥沙含量和泥沙含量最高日的泥沙颗粒级配进行检测,绘制泥沙含量随时间的变化过程,见图9.9。从泥沙颗粒级配表(见表9.4)中可以看出,粒径小于20μm的颗粒含量占总含量的60%以上(见图9.10),其中粒径为21.29～27.12μm的颗粒含量占总含量的比例最高,为8.93%。
2)监测数据随泥沙变化的特征。分别统计取样日A公司的测流设备监测精度(见表9.5),绘制水位、流速及流量误差过程线,见图9.11。随着设备在高含沙水中运行时间的不断增长,泥沙的存在及颗粒级配将会影响设备精度,但由于李家小口渠道行水期较短,获取数据量不足,且典型断面上安装的比测设备为新设备,从现有运行数据分析,无明显规律。
(4)数据可靠性综合分析。根据建立的量测水设备比测评价指标体系,从数据的精确性、稳定性及对泥沙的抗性等方面来总体评价量测水设备监测数据的可靠性。
李家小口典型断面安装的是A公司的测流设备,从整个监测期来看,A公司的测流设备在各级水位条件下,水位测量精度均较高(0.75%～5.25%),基本符合测流规范要求,该设备在中高水位(0.4～0.6m)条件下,流速测量精度相对较高(1.71%～2.60%),小水位(＜0.32m)流量测量精度相对较差(20.99%),中高水位流量测量精度偏高(10.78%～20.27%)。从数据的稳定性来看,小水位(＜0.32m)测流数据较稳定,中高水位(0.4～0.6m)测流数据稳定性较差。
在李家小口典型断面上,不同水位条件下,从整个监测期来看,A公司的测流设备流速误差较小,范围为1.34%～7.50%,总体基本符合测流规范要求。
由于泥沙含量对数据精度影响规律不明显,故从数据的准确性及稳定性综合评价认为,A公司的测流设备监测数据误差符合测流规范,监测数据变幅较小、稳定性较强,从而认为,该设备在1m3/s以下流量级别渠道可靠性较好。
表9.3 不同水位条件下比测设备不同参数的监测数据变幅情况表
图9.9 泥沙含量随时间变化曲线
表9.4 李家小口泥沙颗粒级配检测表
图9.10 李家小口泥沙颗粒级配分布图
表9.5 不同时间A公司的测流设备测流误差统计表
图9.11 A公司的测流设备测流误差与含沙量随时间变化曲线