旋杯式流速儀在灌區(qū)的應(yīng)用

張曉夢

（河北省水務(wù)中心石津灌區(qū)事務(wù)中心 河北 石家莊 050051）

旋杯式流速儀是石津灌區(qū)常用測流工具，每年春灌期間一二級測站及部分三級測站均使用旋杯式流速儀進(jìn)行測流。本文主要介紹了旋杯式流速儀在石津灌區(qū)的應(yīng)用、常見故障解決方法以及維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)。

1 灌區(qū)基本情況

石津灌區(qū)位于河北省中南部，是河北省唯一省屬灌區(qū)，主要以農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼生活、工業(yè)、生態(tài)、環(huán)境供水和水力發(fā)電的綜合型灌區(qū)。灌區(qū)于1949 年6月正式開灌，灌溉水源為崗南和黃壁莊兩座大型水庫，兩庫總庫容為27.8 億m3，興利庫容12.4 億m3，農(nóng)業(yè)灌溉范圍包括石家莊、衡水、邢臺、辛集4 個市的14 個縣(市、區(qū))；骨干工程控制面積達(dá)4 144 km2，耕地面積435 萬畝，設(shè)計灌溉面積200 萬畝；主要灌溉作物為冬小麥、棉花等，多年平均農(nóng)業(yè)用水量4.4億m3，有效灌溉面積173 萬畝。石津總干渠和兩條干渠作為南水北調(diào)配套工程，為石家莊、衡水、滄州、邢臺市的25 個縣(市、區(qū))的36 個水廠、水庫等供水目標(biāo)供水，設(shè)計年引水量10.5 億m 。

石津灌區(qū)工程渠系包括總干渠、干渠、分干渠、支渠、斗渠5 級固定渠道，共計1.5 萬余條，總長約1.08 萬km。其中，總干渠1 條，全長約134 km；干渠6 條，長度約161km；分干渠33 條，長度約431km；骨干支渠141 條，總長度約549 km；斗渠3 321 條，總長度約2 443 km。

2 旋杯式流速儀在灌區(qū)的應(yīng)用

旋杯式流速儀是適用于低流速測量的測流儀器，對于流速較低的渠道、河流等都較為適用，是石津灌區(qū)灌溉期間常用的測流工具。旋杯式流速儀是通過測定渠道過水?dāng)嗝嬷胁贾玫母鳁l測線中測點的水流速度，從而計算出過水?dāng)嗝娴牧髁俊?/p>

灌區(qū)測站分為三級，其中一級測站18 個，為各管理處分水點，均布置在石津總干渠上；二級測站230 個，為各灌溉站的分水點，主要布置在干渠及分干渠上；三級測站2 300 余個，為各收益村分水點，主要布置在支渠及斗渠上，每年春灌期間一二級測站及部分三級測站均使用旋杯式流速儀進(jìn)行測流。

石津灌區(qū)測流斷面的選擇，以軍干渠為例，軍干渠為T 型斷面，測流斷面應(yīng)規(guī)則、平整且流速均勻，測流斷面一般設(shè)置在水閘下游100 ～150 m 平穩(wěn)處，避免因上游閘門操作水流劇烈變化產(chǎn)生的影響，且測流斷面附近沒有影響水流的障礙物，同時要保持測流斷面與水流方向的垂直。

3 旋杯式流速儀的工作原理

旋杯式流速儀由轉(zhuǎn)子部分、接觸部分、尾翼三部分構(gòu)成。轉(zhuǎn)子部分包括旋杯、旋盤、旋軸、頂針及軸套座等部分，位于儀器頭部，當(dāng)水流沖擊旋杯使其轉(zhuǎn)動，通過旋盤、旋軸將轉(zhuǎn)速傳遞到接觸部分，以此來測出水流的速度；接觸部分包括偏心軸、齒輪、接觸銷、接觸絲等部件，這些稱為傳訊機(jī)構(gòu)，當(dāng)轉(zhuǎn)子部分的旋軸與齒輪接觸，并帶動齒輪一起旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)20 轉(zhuǎn)，齒輪旋轉(zhuǎn)一周，齒輪側(cè)面有4 個接觸銷，故當(dāng)接觸絲與之接觸時，則旋軸每轉(zhuǎn)5 轉(zhuǎn)時響鈴1 次；尾翼位于儀器尾部，是使儀器在水流中保持平衡的的機(jī)構(gòu)。

當(dāng)水流接觸到旋杯時，水流的沖力會帶動旋杯轉(zhuǎn)動，水的流動速度越快，旋杯的轉(zhuǎn)動速度也越快，二者之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，每臺儀器有相應(yīng)的檢定公式：V=Kn+C。式中V—流速(m/s)；n—旋杯轉(zhuǎn)率，等于旋杯總轉(zhuǎn)數(shù)“N”與相應(yīng)的測速歷時“T”之比，n=N/T(1/S)；K—水利螺距(m)；C—儀器常熟(m/s)。

4 旋杯式流速儀的使用

4.1 每年春灌前對流速儀進(jìn)行檢查，查看儀器是否損壞，檢定證書是否到期，如發(fā)現(xiàn)問題，必須在維修或重新檢定后使用。

4.2 每次進(jìn)行測流前用嘴輕吹旋杯，查看旋杯是否轉(zhuǎn)動靈敏，有沒有卡頓或突然停止的現(xiàn)象，查看定頭外部是否有污物，查看頂針?biāo)删o情況，若頂針正常，則查看頂針內(nèi)部是否生銹或缺少機(jī)油。如有上述問題必須修復(fù)后使用。

4.3 檢查計數(shù)器工作狀態(tài)。輕輕轉(zhuǎn)動旋杯查看信號傳輸是否正常，若出現(xiàn)故障，必須維修后使用。

4.4 測流前應(yīng)查看水面波動情況，若出現(xiàn)水面波動起伏較大或天氣惡劣可暫停測流，防止出現(xiàn)較大誤差，待水面平穩(wěn)后進(jìn)行施測。

4.5 查看上游水面是否存在雜草、樹枝等漂浮物，若發(fā)現(xiàn)漂浮物應(yīng)暫停施測，待水面平穩(wěn)后重新施測。

4.6 測完每個測點時，需檢查儀器上是否纏有水草、樹枝、垃圾等雜物，如有雜物需及時進(jìn)行清理，并重新對該點流速進(jìn)行測量，從而保證測量準(zhǔn)確性。

4.7 使用旋杯式流速儀的時候需要輕拿輕放，避免撞擊、跌落等情況出現(xiàn)，從而影響到儀器的正常工作狀態(tài)。

4.8 測流時使用測桿觀測水位要減去雍水高度，用水尺觀測水深時，若水面波動較大應(yīng)加長觀測時間，確保觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

5 常見故障及排除方法

如旋杯式流速儀進(jìn)入水中測流時發(fā)現(xiàn)信號時長時短或時有時無，應(yīng)將儀器從水中取出，查看是否有水草等雜物纏繞旋軸，若無雜物，需檢查信號線是否連接正常，若接觸絲產(chǎn)生變形、過緊、扭彎，致使接觸不良，信號不穩(wěn)，可用鑷子調(diào)整。若由于通電的時間過長造成接觸絲上產(chǎn)生燒黑或斷折的現(xiàn)象，可及時更換新的接觸絲。

若旋杯轉(zhuǎn)動不靈或出現(xiàn)跳動或突然停止的現(xiàn)象，首先查看旋杯外部是否有泥沙等污物，發(fā)現(xiàn)污物及時清理，然后查看頂針?biāo)删o情況，若頂針正常，則擰開頂針查看內(nèi)部是否存在缺油的情況，如有缺油需加入儀器油。

6 維護(hù)與保養(yǎng)

旋杯式流速儀是一種精密的測流儀器，正確的維護(hù)和保養(yǎng)，可以保證測流的準(zhǔn)確性，從而提供真實可靠的測流數(shù)據(jù)，所以需對儀器進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，方法如下：

6.1 使用儀器前必須學(xué)習(xí)儀器的結(jié)構(gòu)和拆卸方法，不了解儀器的結(jié)構(gòu)及拆洗方法，不得隨意拆卸儀器，儀器進(jìn)行拆卸、清洗及安裝時應(yīng)嚴(yán)格按照說明書上的步驟進(jìn)行。

6.2 使用儀器后需用清水進(jìn)行沖洗，取下頂部配件，將儀器擦拭干凈，并放入儀器箱保存。

6.3 隨時注意保養(yǎng)儀器，需經(jīng)常使用儀器油對旋軸尖、頂針、軸承等處進(jìn)行保養(yǎng)。

6.4 頂針等零部件存放時應(yīng)使用儀器油和黃油進(jìn)行保養(yǎng)并在上層覆蓋棉花，避免因長時間存放導(dǎo)致儀器油揮發(fā)造成零部件生銹。

6.5 當(dāng)灌溉期結(jié)束，儀器需要長期放置時，儀器的全部部件應(yīng)在保養(yǎng)后穩(wěn)妥放置到儀器箱中保存，并且儀器箱應(yīng)放置在干燥、通風(fēng)的地方，防止儀器受潮生銹，影響使用。

6.6 必須小心關(guān)閉儀器箱蓋，防止用力過猛，造成儀器損壞。

6.7 當(dāng)計數(shù)器長期放置不使用時，要記得定時充電，以免造成虧電。

6.8 流速儀在正常使用一段時間以后，就需要重新檢測檢定系數(shù)，以免因檢定系數(shù)發(fā)生變化而導(dǎo)致測流數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤差。