摘要:某标(biāo)段施工多條隧洞(dong)，且要求每條隧洞(dong)排水單獨量測，前(qián)🔞期采用“接管式”智(zhi)能電磁流量計 、 “外(wai)夾式”超聲波流量(liàng)計 、傳統“三角”量水(shui)圍堰監控量測隧(suì)洞排水量，均未滿(man)足☀️相關要求，對排(pái)水計量造成較大(dà)影響。後通過對傳(chuán)統“三角(或矩形)”量(liàng)水圍堰配電感傳(chuan)感器及巴歇爾槽(cáo)配明渠流量計方(fang)✏️案的比選，最終選(xuǎn)用後者，目前已成(chéng)功運行1ta,量測🈲結果(guo)獲得參建各方一(yī)緻認可㊙️，同時巴歇(xie)爾.槽配流量計量(liàng)測隧洞排水已在(zài)滇中引水工程多(duō)個标段推廣應用(yòng)🤩。
1概述
1.1工程概況
　　滇(diān)中引水工程麗江(jiang)段施工2标香爐山(shān)隧洞排水量估算(suan)值爲138m'/h至919m/h,最開始采(cai)用“外夾式”超聲波(bō)流量計進行隧洞(dong)排水量測[1]，由♻️于隧(suì)洞排水内石粉、水(shui)泥漿、泥沙等含量(liàng)較高，且含量不均(jun1)勻，緻使量測數據(ju)出現不規律性跳(tiào)躍,精度🙇‍♀️無法保障(zhàng)。後采用“接管式”智(zhì)能🈲電磁流量計量(liàng)測隧洞排水，使用(yòng)約1個月左右，石粉(fen)、水泥漿等附着于(yu)電磁流量計内壁(bì)，緻使電磁🐅流量計(jì)不能再⚽讀取數據(ju)，需頻繁更換，且更(gèng)換期間無法量測(ce)隧洞排水。最終在(zài)滇中引水工程所(suo)有标段中，該标段(duàn)最先引進巴歇爾(ěr)槽[2]配😘超聲波明渠(qu)流量計31量測隧洞(dòng)排水，量測數據正(zheng)确、穩定，獲取數據(jù)方便🍉、時效性高，目(mù)前已在滇中引水(shuǐ)工程多個标段推(tuī)廣♊應用💚。
1.2基本地質(zhì)條件.
　　該标段隧洞(dong)區岩石風化主要(yào)爲碳酸鹽岩溶蝕(shi)性風🈲化及非碳酸(suān)鹽岩均勻性風化(huà)兩大類型。碳酸鹽(yán)岩其溶蝕風化程(cheng)度在平面上和垂(chuí)向上差異均較👌大(dà)，三疊系上統中窩(wō)組(T;z)溶蝕風化程度(du)🌈較弱，中統北💃衙組(zu)(T2b2)灰岩溶蝕風化程(cheng)度最強，其強溶蝕(shí)風化帶厚度--般200~400m。斷(duàn)裂帶部位因其岩(yán)體破碎,地下水活(huó)動強烈,風化程度(dù)明顯增強。标段總(zong)體深埋，隧洞主要(yào)🌈位于微新岩帶💃，但(dan)沿斷裂帶有風化(hua)加劇現象。隧洞區(qū)中等~強透水岩層(ceng)主要📞集中在Tb2、T2z、T,b1-2灰岩(yán)、白雲質灰岩、泥質(zhì)灰岩段和💘松桂組(zǔ)(Tsn)砂岩段，随着埋深(shen)的增加(岩🤟體風🌈化(huà)減弱)岩層滲透系(xì)數有🧡減小的趨勢(shi)。标段斷裂主要爲(wei)壓扭性斷裂，其順(shun)斷層方向一般屬(shu)中等~強透水，垂直(zhi)斷層方向一般爲(wei)屬弱❌透水。
1.3地下水(shuǐ)特征
　　紅麥盆地以(yǐ)北，隧洞僅少量洞(dòng)段涉及拉什海岩(yan)溶水系統，位于吾(wú)竹比向斜核部，緊(jin)鄰F10-3斷裂帶，地下水(shui)埋深較大，存在深(shēn)部循環，隧洞穿越(yuè)存在遭遇岩溶管(guǎn)道産生湧突💯水的(de)風💞險。紅麥盆地以(yǐ)南，線路平面✌️上涉(she)及清水江一-劍川(chuan)V-1岩溶水🆚子系統。
隧(sui)洞施工可能對地(dì)表水體産生影響(xiǎng)的有汝南河和清(qīng)水🥵江，以及沿線居(jū)民用山頂小泉，此(ci)外對清水江、鶴慶(qing)盆地、劍⭕川盆地的(de)部分岩溶大泉有(you)一定的影響。估算(suàn)隧洞排水量爲138m3/h至(zhi)919m3/h。
2流量計方案比選(xuǎn)
2.1‘接管式”智能電磁(cí)流量計
　　 電磁流量(liang)計 是基于法拉第(dì)電磁感應定律制(zhi)造而成的一種流(liú)量測量👉儀表，通電(diàn)後産生磁場，隧洞(dong)排水通過磁場時(shí)産生感應電✊動勢(shì)，傳感☂️器電極采集(ji)感應電動勢後傳(chuán)輸至轉換器，轉換(huan)器将信🐪号放大、濾(lǜ)波、整形、修正等，按(an)照💋流量公式換算(suàn)出相☁️應的流量數(shu)據，最終傳輸至MCU形(xíng)成瞬時流量、累計(jì)流量并控制輸出(chū)。流量🙇🏻公式如下:
E=KBVD(1)
　　式(shì)中:E-感應電壓，V;K-儀表(biǎo)常數;B--磁感應強度(dù)，T;V-測量管面内平均(jun)流速，m/s;D-流量計的通(tōng)徑，1mm。
　　現場一般将電(diàn)磁流量計安裝于(yu)排水管出口附近(jin)，兩端及排水管管(guan)口焊接上法蘭盤(pan)後采用螺栓與排(pái)水管連接，電㊙️磁流(liú)量計安裝在水平(píng)管道較低處或者(zhe)管道上升處，确保(bao)測量精度不受現(xiàn)場客觀因🚶‍♀️素影響(xiang),電⛷️磁流量計的主(zhu)要精度等級有0.3級(ji)、和0.5級。
根據現場實(shí)踐該流量計優缺(quē)點如下:
1)優點。①具有(yǒu)雙向測量系統;②傳(chuán)感器安裝所需的(de)直管段大于5倍🚶‍♀️的(de)🥰管道直徑即可;③壓(ya)力損失小;④無阻礙(ai)流動部件，無壓損(sun)。
2)缺點。①測量介質電(diàn)導率-般需大于5us/cm，測(cè)量始動流速一般(ban)需大于🧑🏽‍🤝‍🧑🏻0.5m/s;②測量介質(zhi)的溫度受限于襯(chèn)裏材質，對于高溫(wēn)介質的測量效果(guo)不佳;③無法測量氣(qì)體、蒸氣等介質;④測(ce)🍉量電極長時間工(gōng)作，可能會出現結(jié)垢情況，需清潔後(hou)才可測量;⑤用電消(xiāo)耗較大，不宜使用(yòng)電池供電;⑥由于工(gōng)程隧洞滲水♻️較大(da)，施工過㊙️程中灌漿(jiāng)較爲頻繁，隧洞排(pái)水内石粉、水泥殘(can)漿等雜質較✏️多，流(liú)量計内壁🐉很容易(yì)被損壞，嚴重影響(xiǎng)流量計測量精度(dù)💃及使用壽命，平均(jun)🥵兩個月需更換1次(cì)。
2.2外夾式”超聲波流(liú)量計
　　 超聲波流量(liàng)計 是根據聲波在(zai)被測介質中的傳(chuan)播速度制造而成(cheng)的一種流量測量(liang)儀表，在被測介質(zhì)中的傳播速度爲(wèi)被測介質的平均(jun)流速與聲波本身(shēn)速度的幾何和，使(shi)用時局限性較強(qiang)。流量計算公式如(ru)下:
 
　　式中:c一靜止流(liú)體中的聲速，m/s;ʋ一-流(liú)體流速,m/s;θ一流體靜(jìng)止時超聲軌🈚迹與(yǔ)管道軸線之間的(de)夾角，°;D-管道直徑，1mm;r←超(chāo)聲波在管壁内和(he)電脈沖信号在電(diàn)路中傳輸所産生(shēng)的滞後時間的總(zǒng)和，s。
 
　　根據現場實踐(jian)該流量計優缺點(diǎn)如下:
1)優點。超聲波(bo)流量計現場無需(xu)破管、現場便于安(an)裝。
2)缺點。①超聲波流(liu)量計測量範圍和(he)精度不高、抗幹擾(rao)能力差;②使用💰壽命(ming)短(一般精度隻能(neng)保證1a);③儀表計算時(shi)采🎯用的流體密度(du)是人㊙️爲設定密度(du),流體溫度發生變(biàn)化後密度随之改(gai)變,導緻測量的流(liu)量值與實💜際值存(cún)在差異，從而影響(xiang)測量精度。
2.3傳統“三(sān)角(或矩形)”量水圍(wéi)堰配電感傳感器(qi)
　　電感傳感器[6]主要(yào)利用電磁感應原(yuan)理将被測非電量(liang)如位移、壓力、流量(liang)、振動等轉換成線(xiàn)圈自感量L或互感(gan)量M的變化🈲，再由測(cè)量電路轉換爲電(dian)壓或電流的變化(huà)量輸出
　　在傳統“三(san)角(或矩形)”量水圍(wei)堰[7]内安裝電感傳(chuán)感器，電感傳感器(qì)将其四周水位産(chǎn)生的壓力及流速(su)轉化爲電流🎯或電(dian)壓，通💃🏻過電纜數據(ju)線傳輸至控制箱(xiāng)，再通過信号發射(shè)裝置發送至信号(hào)收集裝置，最終可(ke)直接讀取排水瞬(shùn)時流量和🏃🏻累計流(liú)量。“矩形”量水🔅圍堰(yan)測量原理見圖1，流(liú)量計算公式如下(xia):
 
　　式中:B一堰闆總寬(kuan)(水槽内側寬度)，m，b一(yī)堰闆缺口寬度🧡,m,p-堰(yan)高,m,h-堰上水✨頭高度(dù),m。.
根據現場實踐該(gai)流量計優缺點如(ru)下:
1)優點。①結構簡單(dān)、工作可靠;②測量精(jīng)度高、零點穩定;③輸(shū)出功😍率✍️較大;④可采(cai)用太陽能闆提供(gòng)電源，清潔、環保。
2)缺(que)點。如果隧洞排水(shui)内石粉、水泥殘漿(jiāng)等易附着性物質(zhì)💞較多，傳感器容易(yi)損壞、更換頻率極(jí)高，維護成本較高(gāo)。
2.4巴歇爾槽配明渠(qu)流量計
　　巴歇爾槽(cáo)[8]配明渠流量計自(zi)動監測系統由巴(ba)歇爾槽♊、數采儀、阿(a)裏雲軟件組成，主(zhǔ)要設備包括:巴歇(xiē)爾📱槽、數采儀(由明(míng)渠流✉️量計、電纜線(xiàn)、數據線、控制箱、信(xìn)🔆号發射裝置、天線(xiàn))、數據接收裝置、阿(ā)裏雲數據儲存系(xì)統、電腦(用戶通過(guo)(網址、IP地址)調看數(shu)據)，其中巴歇爾槽(cáo)由上遊收縮段、短(duǎn)直喉道和下遊擴(kuò)散段3部分組成，分(fen)大型、标❌準型和小(xiao)型，大型有8種、标準(zhun)型12種、小型5種,根據(ju)排水流量選擇合(hé)适的型号。
　　明渠流(liú)量計 安裝于巴歇(xie)爾槽上遊收縮段(duan)，巴歇爾槽把流量(liàng)轉成🌐液位，通🔆過❄️測(ce)量明渠流量計下(xià)方巴歇爾槽收縮(suo)♍段内水流的液位(wei)，再根據相應巴歇(xie)爾槽的水位與流(liú)量的關系，通過計(ji)算公式轉換爲排(pai)水流量。巴歇爾槽(cáo)測量原理見圖2，流(liu)量計算公式如下(xià):
 
　　式中:Q-流量，L/s;C和n-常數(shù)(通過巴歇爾槽的(de)選項，查詢對應的(de)系數);Ha--水深液位，1m。
　　根(gen)據現場實踐該流(liu)量計優缺點如下(xia):
1)優點。①結構簡單、工(gōng)作可靠,使用壽命(mìng)長;②采用不鏽鋼或(huò)玻璃鋼兩種材質(zhì)可适應不同介質(zhì)的需要;③巴歇爾槽(cao)形成平穩雍水面(miàn)，其測量的水位精(jing)度高;④記錄1次數據(ju)的間隔時間可設(she)置任意時長，該工(gong)程設置的時長爲(wei)lmin采集1次數據，更進(jìn)一步提高量測數(shù)據的精度;⑤采用阿(a)裏雲系統存儲數(shu)據，安全可靠，可以(yǐ)登錄網址随時随(sui)地查看數據;⑥後期(qī)維修成本低，自投(tóu)入使用1+a以來，尚未(wèi)進行任何維修，現(xiàn)場一直連續采集(ji)數據且滿足施工(gōng)需求。
2)缺點。①巴歇爾(ěr)槽施工較爲複雜(zá)，附屬設備多，安裝(zhuāng)費用相對較高;②爲(wei)保證設施的正常(chang)運行，确保其測量(liang)精度，需對槽體進(jìn)行定期除鏽、清淤(yū)、設備檢查等日常(chang)巡查，特别在泥沙(sha)含量較多的渠道(dao)中，清淤較爲頻繁(fán);③巴歇🤞爾槽的中心(xin)線要與溝渠的中(zhōng)心線重合㊙️，使水流(liú)進人槽内不出現(xiàn)偏流，現場安💛裝精(jīng)度要求較高;④巴歇(xiē)爾槽.上遊應有大(dà)于10倍槽寬的平直(zhi)段，使水流平穩🔱進(jin)入巴歇爾槽，現場(chǎng)占地面積較大;⑤數(shu)據⭕在量測和傳輸(shu)過程中易受磁場(chang)幹擾，需💰安裝在電(diàn)磁幹擾較小的地(di)方。
3結語
　　通過以上(shàng)4種水量計量設施(shi)對比,各有優缺點(diǎn),根據具體需♈求選(xuan)擇适用的流量計(jì)。通過該标段多條(tiao)隧洞排水流量計(ji)使用情況🏒，巴歇爾(ěr)槽憑借其計量精(jing)度高、數據采集連(lián)續性強、後續維修(xiū)較🈲低等優勢，已成(cheng)功運行1+a,量測結果(guo)獲得參建各方一(yi)緻認可，同時㊙️巴歇(xie)爾槽配流量計量(liang)測隧洞排水已在(zài)滇中引水工程多(duō)個标段推廣應用(yòng)。同時巴歇爾槽在(zai)農業灌溉、河流水(shuǐ)量檢測、污水排放(fang)監控等領域得到(dào)廣泛應用。在提高(gao)水量的計量精度(du)和加強🌈水量計量(liàng)監測管理中，有着(zhe)重要的作用。

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