DB41T 1974-2020 流量在線自動監(jiān)測規(guī)范

ICS17.120P55DB41河南省市場監(jiān)督管理局發(fā)布IDB41/T1974—2020前言 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14總則 15流速測量 26流量測驗 3 58誤差來源與控制措施 69數(shù)據(jù)采集與處理 6附錄A（規(guī)范性附錄）垂線平均流速分布模型推流 7附錄B（規(guī)范性附錄）水工建筑物法、堰槽測流法及矩形渠道末端深度法 9附錄C（規(guī)范性附錄）代表流速法參數(shù)率定及流量計算方法 附錄D（規(guī)范性附錄）監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表和數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu) DB41/T1974—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由河南省水利廳提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：河南省水文水資源局、河南省信陽水文水資源勘測局、河南省駐馬店水文水資源勘測局、河南省焦作水文水資源勘測局、河南省許昌水文水資源勘測局、河南省三門峽水文水資源勘測局、河南省鄭州水文水資源勘測局、焦作市水利勘測設(shè)計院。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：李斌成、王鴻杰、賀旭東、賓予蓮、杜付然、薜運宏、李鵬、王冬至、姚廣華、郭二旺、黃振離、游巍亭、焦迎樂、陳宏立、王冰、司文青、陳楠、李繼成、潘洪濤、孟春麗、鄭仕強、上官宗光、周迎潁、趙志鵬、談兵、陶新紅、周相麗、呂晶晶、楊啟先。1DB41/T1974—2020流量在線自動監(jiān)測規(guī)范本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了流量在線自動監(jiān)測的總則、流速測量、流量測驗、比測、誤差來源與控制措施、數(shù)據(jù)采集與處理。本標(biāo)準(zhǔn)適用于河流、渠道水文斷面的流量在線自動監(jiān)測。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB14050系統(tǒng)接地的形式及安全技術(shù)要求GB/T50095水文基本術(shù)語和符號標(biāo)準(zhǔn)GB/T50138水位觀測標(biāo)準(zhǔn)GB50179河流流量測驗規(guī)范SL195水文巡測規(guī)范SL537水工建筑物與堰槽測流規(guī)范SL651水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約3術(shù)語和定義GB/T50095界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4總則4.1一般規(guī)定4.1.1設(shè)置流量在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方法和設(shè)備類型，應(yīng)滿足以下條件：a)基于測驗條件的適用性；b)基于監(jiān)測目的的有效性；c)基于精度要求的可靠性。4.1.2選擇測驗河段應(yīng)符合GB50179的規(guī)定。4.1.3選擇流速基本不受影響的位置安裝流速傳感器。4.1.4水道斷面測量應(yīng)符合GB50179的規(guī)定。4.2方法選擇4.2.1垂線平均流速分布模型法。適用于規(guī)則或常見幾何形狀的明渠斷面，采用一條測速垂線的平均流速，推算出斷面上其他垂線平均流速，進(jìn)而推算斷面流量，見附錄A。2DB41/T1974—20204.2.2水工建筑物法。適用于自由堰流或自由孔流的水工建筑物，采用水位、閘門開啟高度等水力因素，經(jīng)率定分析或經(jīng)驗公式確定流量系數(shù)，由工作曲線（擬合方程）計算流量。具體要求應(yīng)符合SL537的規(guī)定。4.2.3堰槽測流法。采用上游水頭，經(jīng)率定分析或經(jīng)驗公式確定流量系數(shù)，由工作曲線（擬合方程）計算流量。具體要求應(yīng)符合SL537和附錄B的規(guī)定。4.2.4末端深度法。適用于在渠底水平或平緩傾斜，渠底末端有跌坎，可形成自由射流的渠道。通過測量末端水深可計算流量。具體要求應(yīng)符合SL537和附錄B的規(guī)定。4.2.5代表流速法。適用于具有穩(wěn)定的斷面流速分布規(guī)律的斷面，通過建立斷面平均流速與代表垂線平均流速之間的相關(guān)關(guān)系，用代表垂線的平均流速推算斷面平均流速進(jìn)而推算斷面流量。可采用垂向聲學(xué)多普勒流速剖面儀或其他方法，具體要求應(yīng)符合GB50179、SL195和附錄C的規(guī)定。4.2.6水位流量單值線法。適用于水位流量關(guān)系單一、精度滿足要求的斷面。4.2.7電波（視頻）測速法。適用于受風(fēng)力影響較小、流速較大、滿足浮標(biāo)測流條件的斷面。具體要求應(yīng)符合GB50179、SL195的規(guī)定。4.3安裝要求4.3.1明渠流量在線自動監(jiān)測斷面應(yīng)安裝自動監(jiān)測水位傳感器，水位傳感器的安裝應(yīng)符合GB/T50138規(guī)定。4.3.2流速設(shè)備的安裝位置不得影響通航。4.3.3水下流速傳感器應(yīng)安裝防護(hù)裝置。4.3.4系統(tǒng)應(yīng)具備良好的接地和避雷措施，安全措施應(yīng)符合GB14050的規(guī)定。4.3.5流速傳感器安裝方式應(yīng)便于檢修維護(hù)。4.3.6信號線、電源線的布設(shè)應(yīng)滿足防水要求，電纜、信號線及管路應(yīng)標(biāo)識清晰。5流速測量5.1測量要求5.1.1根據(jù)斷面情況，設(shè)置儀器工作參數(shù)。5.1.2根據(jù)流速傳感器工作狀態(tài)，確定采樣數(shù)據(jù)有效性。5.1.3宜采用具有測量剖面垂線流速功能的流速傳感器，直接測量垂線流速。5.1.4流速傳感器流速測量時間應(yīng)不少于100s。5.1.5流量計算模型采用的垂線數(shù)目和垂線位置應(yīng)能控制斷面形狀變化和流速橫向變化分布的轉(zhuǎn)折5.1.6接觸式流速傳感器垂向頂部盲區(qū)流速應(yīng)根據(jù)流速垂線分布特征，選用指數(shù)流速分布、常數(shù)流速分布或經(jīng)過分析的其他流速分布合理插補。5.2計算方法5.2.1實測垂線平均流速計算應(yīng)符合GB50179的規(guī)定。5.2.2采用一條實測垂線平均流速的垂線平均流速分布模型，根據(jù)大斷面形狀，推算出斷面上任一條垂線的平均流速，計算出斷面流量，應(yīng)采用公式（1）、公式（2）計算?！?DB41/T1974—2020⑵式中： (i)——計算的任意垂線i處垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）；kc(i)——垂線影響系數(shù)，測速垂線k對垂線i的影響系數(shù)。該系數(shù)可以通過實測資料率定，也可以通過大斷面形狀推算，見附錄A。對于寬淺河道，該值可取1；kv——測速垂線動力系數(shù)；hk——垂線k處水深，單位為米（m）；Vk——垂線k實測垂線平均流速，單位為米每秒（m/sh(i)——垂線i處水深，單位為米（m）。5.2.3代表垂線法斷面平均流速應(yīng)采用公式（3）計算?！鞘街校篤——斷面平均流速，單位為米每秒（m/sk——系數(shù)；v——實測代表垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）。5.2.4采用單點電波測速法，可用水面流速系數(shù)乘實測水面點流速，得垂線平均流速，再采用垂線平均流速分布模型計算各垂線平均流速，或采用代表垂線法計算斷面平均流速，垂線平均流速應(yīng)采用公式（4）計算。v=k1v'…………………⑷式中：v——垂線平均流速，單位為米每秒（m/sk1——水面流速系數(shù)；v'——實測水面流速，單位為米每秒（m/s）。5.2.5采用多點或流場的電波（視頻）測速法，計算應(yīng)符合GB50179的規(guī)定。6流量測驗6.1一般規(guī)定6.1.1相應(yīng)水位采用流速測驗時段平均水位。6.1.2代表垂線法采用的過水面積用水位～斷面面積關(guān)系計算。6.2計算方法6.2.1采用部分流速面積計算斷面流量應(yīng)符合GB50179的規(guī)定。4DB41/T1974—20206.2.2采用水位流量單值線法計算流量時，可建立水位～流量關(guān)系或采用插值方法，由水位推算過水?dāng)嗝媪髁俊?.2.3自由堰流流量應(yīng)采用公式（5）計算。Q=C0nb…………………⑸式中：Q——流量，單位為立方米每秒（m3/s）；C0——含側(cè)收縮系數(shù)和進(jìn)口流態(tài)系數(shù)的流量系數(shù)；n——過水孔數(shù)；b——堰口單孔寬，單位為米（m）；g——重力加速度，單位為米每平方秒（m/s2H——總水頭，單位為米（m）。6.2.4自由孔流流量應(yīng)采用公式（6）計算。…………………⑹式中：μ——自由孔流流量系數(shù)；e——閘門開啟高度，單位為米（m）。6.2.5無側(cè)收縮矩形薄壁堰流量應(yīng)采用公式（7）計算。e3…………………⑺式中：CD——流量系數(shù)，系數(shù)選用見附錄B；he有效水深，單位為米（m）。6.2.6矩形河槽三角形剖面堰流量應(yīng)采用公式（8）計算。Q=CDCvCsCf………………(8)式中：Cv——行近流速系數(shù)；Cs——形狀系數(shù)，矩形河槽Cs為1；Cf——淹沒系數(shù)；h——實測水頭，單位為米（m以上系數(shù)選用見附錄B。6.2.7矩形河槽中平坦V形堰的流量應(yīng)采用公式（9）計算。Q=0.8CDCvCsCf2………………5DB41/T1974—2020式中：Cv——行近流速系數(shù)；Cs——形狀系數(shù)；以上參數(shù)選見附錄B。6.2.8巴歇爾槽自由流流量應(yīng)采用公式（10）計算。Q=CDbhn…………………(10)式中：b——喉道寬，單位為米（m）；h——上游（入流斷面）實測水頭，單位為米（m）；n——由b而定的指數(shù)；以上系數(shù)選用見附錄B。6.2.9矩形渠道末端深度法流量應(yīng)采用公式（11）計算。Q=CDbhe3/2………………(11)式中：b——渠道寬，單位為米（m）；he——末端水深，單位為米（m以上系數(shù)選用見附錄B。7.1一般規(guī)定在設(shè)備正式投入運行之前，應(yīng)對流速或流量進(jìn)行比測，比測結(jié)果滿足斷面測驗精度要求后，可投入運行。7.2方法選擇7.2.1采用流速面積法計算流量的應(yīng)比測流速和流量，其他方法推算流量的應(yīng)比測流量。7.2.2流速或流量比測以轉(zhuǎn)子式流速儀或走航式聲學(xué)多普勒剖面儀為基準(zhǔn)進(jìn)行比測。使用轉(zhuǎn)子式流速儀施測并利用垂線流速分布模型推流，應(yīng)采用精測法。7.3測次分布及數(shù)量7.3.1比測測次宜分布在高水、中水、低水。7.3.2比測次數(shù)應(yīng)不少于30次。8誤差來源與控制措施8.1誤差來源8.1.1流速傳感器安裝姿態(tài)誤差。6DB41/T1974—20208.1.2儀器檢定誤差。8.1.3施測流速外界干擾誤差。8.1.4水位、閘門開啟高度誤差。8.1.5斷面面積誤差。8.1.6流速計算模型誤差。8.1.7率定參數(shù)產(chǎn)生的誤差。8.2控制措施8.2.1水位傳感器、流速傳感器、閘位計應(yīng)定期檢查和校準(zhǔn)。8.2.2水道斷面有變化時應(yīng)及時測量。8.2.3每年流量校測不少于3次。9數(shù)據(jù)采集與處理9.1數(shù)據(jù)采集9.1.1采集傳感器應(yīng)具備模擬量或數(shù)字量、標(biāo)準(zhǔn)串行口等接口與上位機通信。9.1.2采集傳感器輸入電壓范圍DC5V～24V。9.1.3系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示傳感器和其他輔助設(shè)備的工作狀態(tài)和故障報警信息。9.2數(shù)據(jù)傳輸9.2.1報文幀結(jié)構(gòu)應(yīng)符合SL651的規(guī)定。9.2.2系統(tǒng)應(yīng)支持遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置功能。9.2.3系統(tǒng)應(yīng)具備遠(yuǎn)程時鐘同步功能。9.2.4報文數(shù)據(jù)應(yīng)采用校驗、加密算法進(jìn)行傳輸。9.2.5通信中斷時，前端設(shè)備應(yīng)具有獨立采集和365d數(shù)據(jù)儲存能力。9.2.6通信恢復(fù)后，斷點數(shù)據(jù)自動上傳。9.3數(shù)據(jù)存儲及成果輸出9.3.1后端處理系統(tǒng)應(yīng)具有水文要素原始數(shù)據(jù)存儲功能，存儲格式見附錄D。9.3.2后端處理系統(tǒng)應(yīng)具有輸出原始數(shù)據(jù)及監(jiān)測成果的功能，監(jiān)測成果輸出格式見附錄D，原始數(shù)據(jù)應(yīng)包含監(jiān)測成果所列內(nèi)容，并提供導(dǎo)出純文本文件格式的功能。7DB41/T1974—2020（規(guī)范性附錄）垂線平均流速分布模型推流A.1無實測流量資料垂線影響系數(shù)確定A.1.1對于橫斷面相對平坦、質(zhì)地均勻的U形河道斷面，垂線影響系數(shù)可取1。A.1.2對于斷面形狀多變的V形斷面或質(zhì)地有差異的河道斷面，可根據(jù)質(zhì)地、水草分布等情況，由起點距各處的經(jīng)驗糙率及斷面斜率推求，見圖A.1垂線平均流速分布示意圖，采用公式（A.1）計算。iVV測速垂線Vinn，kf圖A.1垂線平均流速分布示意圖………（A.1）式中：kc(i)——測速垂線對垂線i的影響系數(shù)；n——流速垂線處河床糙率；n(i)——垂線i處河床糙率；kf測速垂線處大斷面斜率；kf(i)垂線i處大斷面斜率。A.2有實測流量資料斷面垂線影響系數(shù)率定采用最小標(biāo)準(zhǔn)差法計算垂線影響系數(shù)：8DB41/T1974—2020待率定垂線i和測速垂線有n次實測垂線平均流速vi(j)，v(j)（j=1,2,…n第j測次待率定垂線和 測速垂線水深分別為hi(j)，h(j)，各測次動力因子，令kc=0.5+0.01l（l=0,1,2,…，100;j=1,2,…n）則垂線i第j測次計算垂線平均流速為（l=0,1,2,…，100;j=1,2,…n）。j測次的流速計算誤差為0,1,2,…，100;j=1,2,…nn個測次的標(biāo)準(zhǔn)差為在101個kc中，總有一個值使標(biāo)準(zhǔn)差δi(l)最小，那么這個kc(j)(l)值，即為測速垂線對垂線i的影響系數(shù)。9DB41/T1974—2020（規(guī)范性附錄）水工建筑物法、堰槽測流法及矩形渠道末端深度法B.1水工建筑物法B.2堰槽測流法B.2.1方法適用適用于不含大量漂浮物及泥沙的小型河道和渠道。B.2.2無側(cè)收縮矩形薄壁堰流量系數(shù)用公式（B.1）計算，有效水深用公式（B.2）計算?！?B.1)………(B.2)P——堰高，單位為米（m）。B.2.3矩形河槽三角形剖面堰B.2.3.1流量系數(shù)可根據(jù)水頭從表B.1中查得。表B.1矩形河槽三角形剖面堰流量系數(shù)h/mCDh/mCDB.2.3.2淹沒系數(shù)Cf自由流時為1。B.2.3.3行近流速系數(shù)CV根據(jù)A=CDbh/b(h+p)的值進(jìn)行判斷，見表B.2。表B.2矩形河槽三角形剖面堰行近流速系數(shù)CVAACVDB41/T1974—2020表B.2（續(xù)）AACVB.2.3.4應(yīng)用限制條件h/P≤3.5,b/h≥2.0，hp/H≤0.24；P≥0.06m；b≥0.30m；金屬堰緣的堰頂，h≥0.03m；混凝土抹面的堰頂，h≥0.06m。注2：H——堰上游總水頭。B.2.4矩形河槽平坦V形堰B.2.4.1流量系數(shù)用公式（B.3）計算?！˙.3）………（B.3）B.2.4.2行近流速系數(shù)用公式（B.4）計算?！˙.4）………（B.4）其中：（B.5）（B.5）（B.8）當(dāng)h≤Pv時，（B.8）S=1-其中：he=h-KhDB41/T1974—2020…………（B.9）當(dāng)Y1≥0.08時，用Cv0.4he代替he計算Cs………（B.10）B.2.4.4淹沒系數(shù)用公式（B.11）計算。Cf=1.0780.909-0.183…………其中：hpe=hp-Kh…………（B.12）B.2.4.5平坦V形堰的應(yīng)用限制及流量系數(shù)見表B.3。表B.3平坦V形堰的應(yīng)用限制及流量系數(shù)有效流量系數(shù)CDe水頭改正數(shù)Kh(m)有效流量系數(shù)CDe水頭改正數(shù)Kh(m)B.2.5巴歇爾槽B.2.5.1標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍見表B.4。表B.4標(biāo)準(zhǔn)巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍Q=Chβ/（m/s)流量范圍/(10m/s)/(hL/h)11.403h22.397h33.668h46.004hDB41/T1974—2020B.2.5.2大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍見表B.5表B.5大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍Q=Ch1.6/(m/s)流量范圍/(m/s)18.859h234521.44h628.43h735.41hB.2.5.3特大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍見表B.6表B.6特大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍Q=Ch1.6/(m/s)hL/h142.106h251.375hB.3矩形渠道末端深度法測流適用于在渠底水平或平緩傾斜，渠底末端有跌坎，能形成自由射流的渠道上。流量系數(shù)CD的選取見表B.7。表B.7矩形渠道末端深度法流量系數(shù)數(shù)值(CD)DB41/T1974—2020（規(guī)范性附錄）代表流速法參數(shù)率定及流量計算方法C.1代表垂線的選取C.1.1代表垂線通過對斷面垂線流速分布的分析，確定出與斷面平均流速有線性關(guān)系的一條（或二條）測速垂線，作為代表垂線。C.1.2垂線選取代表垂線應(yīng)通過分析實測資料，選取與斷面平均流速線性關(guān)系較好的垂線。C.2參數(shù)率定由代表垂線處實測流速，與轉(zhuǎn)子式流速儀或走航式多普勒流速剖面儀實測斷面平均流速，采用公式（C.1）對參數(shù)k進(jìn)行率定。進(jìn)行高水、中水和低水不少于30次的實測流速?！?C.1)式中：k——相關(guān)系數(shù)；V——實測斷面平均流速，單位為米每秒（m/s）；v——實測垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）。可點繪以v為橫坐標(biāo)，以V為縱坐標(biāo)的關(guān)系線，通過點群中心率定一條直線，直線斜率即為相關(guān)系數(shù)k；也可以通過最小二乘法，確定該條實測垂線平均流速與斷面平均流速的相關(guān)系數(shù)k。C.3流量計算應(yīng)使用公式（C.2）計算。………………(C.2)式中：Q——流量，單位為立方米每秒（m3/s）；A——過水?dāng)嗝婷娣e，單位為平方米（m2）。DB41/T1974—2020（規(guī)范性附錄）監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表和數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)D.1監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表D.1.1河道站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.1。表D.1河道站流量在線自動監(jiān)測成果表站碼mm/smm/s測驗方法DB41/T1974—2020D.1.2堰閘站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.2。表D.2堰閘站流量在線自動監(jiān)測成果表mm/smmmDB41/T1974—2020D.1.3無側(cè)收縮矩形薄壁堰站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.3。表D.3無側(cè)收縮矩形薄壁堰站流量在線自動監(jiān)測成果表mm/smmmmD.1.4三角形剖面堰站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.4表D.4三角形剖面堰站流量在線自動監(jiān)測成果表mmm/smmDB41/T1974—2020D.1.5平坦V形堰站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.5。表D.5平坦V形堰站流量在線自動監(jiān)測成果表mm/sm注：形狀系數(shù)：與堰口高、有效水頭、總水頭D.1.6巴歇爾槽站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.6。表D.6巴歇爾槽站流量在線自動