一．引文

多普勒超聲波流量計是農(nóng)田灌區(qū)輸水流量監(jiān)測的核心設(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)灌溉的實際需求，完成設(shè)備的適配性設(shè)計與部署，使設(shè)備可實現(xiàn)灌區(qū)不同輸水節(jié)點(diǎn)流量的連續(xù)、精準(zhǔn)監(jiān)測，同時適配灌區(qū)低流速、多載體、不間斷輸水的場景特點(diǎn)，為灌區(qū)水資源調(diào)度、節(jié)水灌溉實施、水量計量核算提供科學(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)測原理

水文研發(fā)人員基于多普勒效應(yīng)研發(fā)設(shè)計多普勒超聲波流量計，使其適配農(nóng)田灌區(qū)的輸水監(jiān)測需求，同時通過算法優(yōu)化解決灌區(qū)低流速監(jiān)測的技術(shù)難點(diǎn)。設(shè)備的核心監(jiān)測機(jī)制依托超聲波的頻移變化實現(xiàn)流速測算，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，反射信號的頻率與發(fā)射信號形成的頻差被設(shè)備精準(zhǔn)捕捉，技術(shù)人員通過對頻差的計算與轉(zhuǎn)化得出水流的實際流速，內(nèi)置壓力式水位計，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，對多普勒超聲波流量計的核心技術(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)測要求。流速監(jiān)測維度，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)輸水過程中的低流速狀態(tài)與常規(guī)輸水流速，流速監(jiān)測精度達(dá)±1.0%測量值或±0.01m/s取最大值，流量監(jiān)測精度同步適配該標(biāo)準(zhǔn)，能滿足灌區(qū)水量精準(zhǔn)計量的需求。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)等級均達(dá)IP68，能耐受灌區(qū)戶外的高濕、淋雨、短時積水環(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)計使直流供電模式下可適配太陽能供電系統(tǒng)，滿足灌區(qū)野外無市電節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測需求，數(shù)據(jù)輸出接口標(biāo)配RS485并拓展支持4G、北斗等無線傳輸方式，采樣頻率可根據(jù)監(jiān)測需求在5分鐘~60分鐘間自由調(diào)節(jié)，設(shè)備響應(yīng)時間≤1s因而能精準(zhǔn)捕捉灌區(qū)輸水的瞬時流量波動。

四．技術(shù)優(yōu)勢

水利工程技術(shù)人員通過換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計與核心算法優(yōu)化，使多普勒超聲波流量計具備多重適配農(nóng)田灌區(qū)的性能優(yōu)勢，同時貼合灌區(qū)基層運(yùn)維的實際需求。設(shè)備針對灌區(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，解決了傳統(tǒng)流量監(jiān)測設(shè)備在低流速下數(shù)據(jù)失真的行業(yè)難點(diǎn)。同時設(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)測人員通過后臺系統(tǒng)即可調(diào)節(jié)采樣頻率、傳輸間隔等參數(shù)，同時實時查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)灌區(qū)流量監(jiān)測的無人值守。

五．應(yīng)用場景

灌區(qū)監(jiān)測人員根據(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進(jìn)行針對性布設(shè)，使設(shè)備在灌區(qū)不同監(jiān)測場景中發(fā)揮流量計量與數(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)，實現(xiàn)主干輸水流量的連續(xù)監(jiān)測，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)測需求，精準(zhǔn)掌握各片區(qū)的實際田間灌溉用水量，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)計量各行政村、種植片區(qū)的分水流量，實現(xiàn)灌區(qū)用水的按量計費(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。