二、流速流量监测仪器

1. 二、流速流量监测仪器 ——流速测量仪器设备

2. 测量点流速的流速仪 －转子式流速仪 －声学点流速仪 －电波流速仪 －电磁点流速仪 －光学流速仪 测量剖面流速的流速仪 －声学多普勒剖面流速仪 －声学时差法流速仪 －扫描式电波流速仪 －电磁流速仪 流速仪器分类

3. 按流量测量方法的原理分类 • 流速面积法（河流流量测验规范、声学多普勒流量测验规范、水文测船测验规范、水文缆道测验规范、动船法测流） • 水位~流量关系法《水工建筑物与堰槽测流规范》（原水工建筑物测流规范、堰槽测流规范、比降－面积法测流规范） • 示踪剂法（国内基本不应用） • 容积法（可用于潮汐影响河段）

4. 示踪剂法简介 示踪剂法也被称为稀释法。其原理是： 将某种物质（示踪剂）连续均匀、或一次性将一定 量的示踪剂突然注入水流中，在水流下游测量水中 该示踪剂的含量，或测量该示踪剂含量的变化过程。 从而推算流量。 应用方法：一次投入法、连续投入法。 应用的示踪剂：放射性示踪剂－测量放射性射线、粒子 化学示踪剂－氯化钠、碘、锂、锰盐 荧光示踪剂－

5. 流速面积法测量流量 按测量流速的方法和仪器的不同，可以分为： 1。测量点流速的流速面积法。 使用各种点流速仪 2。测量剖面流速的流速面积法。 使用剖面流速仪，主要是声学流速仪。 3。测量表面流速的流速面积法。 使用电波流速仪、浮标。

6. 测量点流速的流速仪 • 转子式流速仪——应用最普遍，也是最准确的流速仪。仪器使用旋桨、旋杯式转子感应流速，测量转子的转速，计算水流速度。 • 声学点流速仪——应用声学多普勒原理测量仪器所在点的水流速度。 • 电磁点流速仪——应用电磁测速原理测量点流速 • 电波流速仪——应用电磁波的多普勒测速原理测量水面点流速 • 光学流速仪——由望远镜和旋转镜头为主要组成的测量水面高流速的一种频闪装置。 • 激光流速仪——应用光学多普勒原理测量点流速

7. 常用的转子式流速仪 • LS25－1型旋桨式流速仪 • LS25－3型旋桨式流速仪 • LS20型旋桨式流速仪 • LS1206型旋桨式流速仪 • LS68型旋杯式流速仪 • LS78型旋杯式低流速仪 • LS45型旋杯式浅水低流速仪

8. 国内有过这类产品，其性能如下： A．测速范围：0.01~5m/s，只测平行于仪器轴线方向的流速。 B．流速测量精度：均方差≤1.5%。 C．最小适用水深：≥2cm。 D．电源：6V或12V。 E．工作温度：0~45º 国外典型产品技术性能： A．测速范围：±0.3、±1、±3、±7m/s。 B．测速准确度：±0.05%±0.1cm/s。 C．测量点与发射换能器距离：5、10、15cm。 D．使用最小水深：2cm（用于只测单向流速）、6cm和12cm E．声波频率：>5MHZ。 F．工作环境：-5~45℃，水下为0~40℃。 G．数据贮存：固态存贮六个月以上（10分钟一次）。 H．数据通信：RS232、RS422。 I．电源：8~18VDC，220VAC。 多普勒点流速仪性能

9. 电磁式点流速仪 利用电磁原理测量点流速。这类仪器在水中产生一个人工磁场，水流流过此磁场，相当于电导体切割磁力线，将在水流两侧产生感应电动势。测量此电动势后可以计算出水流的平均流速。 特点： ——磁场只产生在仪器附近，测得的流速被 认为是 仪器所在处的点流速。 ——仪器没有可动部件，不受水中杂质影响。 ——水的电导会影响测速准确性。

10. 某国外电磁流速仪技术指标 • 流速范围： 0.000～2.5m/s • •  测流历时： 2,5,10,15,20,30,40,60s • •  精 度： 1% • •  零 飘：± 2.0mm/s • •  输 出： RS 232 C • •  环境温度：－ 5℃～+60℃ • •  探头材料：环氧树脂 • •  重　　量： 0.5kg

11. 流速流量测量设备 • 水文测船 • 水文缆道 • 水文巡测车 • 水文测桥 • 涉水测流

12. ．系统的主要功能： (1) 自动半自动测流； (2)手动测流功能； (3)人工录入数据功能； (4)测次流量报表计算功能； (5)断面流速分布图生成 (6)断面测量动态跟踪示图功能； (7)缆道泥沙采样器控制信号发生功能； (8)流量报表Email传输功能； 主要技术指标 1 绞车控制： 1）驱动电机：三相交流电机 2）行车速度：0～2m/s 3） 限位控制：河底信号停车控制， 测点定位自动停车控制。 2 缆道测距 光电增量编码传感器 1）起点距测验（带缆道弧度修正） 计数显示、分辨力：0.1m 2）缆道测深（入水深） 计数显示、分辨力：0.01m 3。 水文流速测算 适应范围：各种转子式流速仪 ； 适应信号：交流音频信号或直流信号； 显示参数：当前流速仪K值、历时T、信号数N、流速V； 缆道测流系统性能

13. 转子式流速仪等水下水文仪器的信号传输方式 • 有线传输 • “无线”传输 • 无线电波传输

14. 水深测量仪器设备 • 测深测具－测深杆和测深锤（测绳） • 测深铅鱼－ • 回声测深仪－手持式超声波超深仪 船用超声波测深仪 缆道超声波测深仪 多波束超声测深系统

15. ADCP主要技术指标

16. 声学时差法流量计适用范围 • 流速——－10米/秒~ +10米/秒,能自动判定流向。 • 测速断面——宽度可达1000米，深宽比不小于1/50。 • 流速测量的不确定度——1～3％。 • 影响测流的主要因素——声波频率、含沙量（水草气泡）、测速层的相对水深、传感器安装角度及距离的准确性等。

17. 一种国产产品的基本性能： ⑵工作频率：50KH-100KH； ⑶声道长度：0.5-400m； ⑷测速范围：-4m/s-+4m/s； ⑸测速置信度：≥98%； ⑺信号输出：RS232； ⑻功耗：5-40W； ⑼电源：24VDC、或220VAC。 一种国外产品的技术性能 A．频率：28~200KHZ； B．水中声道长度：1~1000m（或更长）； C．测速范围：±10m/s； D．测速准确度：±2%（在声道上）；±5%（交叉声道工作方式） E．测速时间间隔：2、5~60min（5min间隔）； F．输出：RS232和BCD码，0或4~20mA，0~5或10V，数字显示； G．电源：220VAC，工作功耗35VA，值守功耗5VA。 时差法流速流量计基本性能介绍

18. 声学时差法流量计的特性 • 可以用于各种大中小河流，能较准确地自动测量流量 。流态紊乱，有正逆流的感潮河段也可以应用。 • 测量原理合理，能测得全断面一个或几个水层的平均流速，测速准确度高。在国外，时差法流量计很早就被较广泛地采用。HADCP是二十世纪末出现的、用于中小河流的声学流量计。 • 使用时差法流量计要在河的两岸安装声学换能器，要铺设很长的电缆，可能包括垮河电缆，并要有防雷保护，可能有很多困难。 • 不要在水草较多的河道安装时差法流量计，声程上的水草会阻挡声束传播，因光合作用水草冒出的气泡也会阻挡声束传播。其它的水中声学仪器也会受此影响。

19. 时差法流量计的测速性能优于 HADCP • 测速准确性好——时差法测速时直接接收另一换能器发射的声波，信号强，接收判别处理正确。直接测量声脉冲传输时间，容易准确测量。多普勒法接收的是水中气泡、颗粒漂浮物的杂乱回波，信号很弱，不利于正确测量。 同时假定两对称点和断面上相应点的流速是一致的，不易准确测量。 • 流速代表性好——时差法的声道 横过了整个断面。 HADCP往往只能测量岸边一部分断面的水层流速 。 • 应用范围大——时差法可以测得较低流速，并能在很浅的水中工作 ，测速水层可宽达千米以上。而HADCP对断面的宽深比有明确要求。常常只能测得数十米内的流速。 • HADCP能测得流速的剖面分布信息，而时差法只能测得整个声层上的平均流速。

20. 声学多普勒流速流量计 这类仪器也应用多普勒原理测量流速，和座底式ADCP类似。将声学传感器安装在测流断面底部，向上方发射声波，测量断面上的流速分布，同时测得水位。 但它们能测量多于一条垂线的流速数据，用于渠道、管道和小河时能直接得到流量。 特点：能直接测量流量。 适用于渠道、小河、非满管流的管道。 仪器类型：能测量两条垂线流速的ADFM。 能测量小型断面平均流速的多普勒流 速流量计。

21. 电磁法测量流量 应用电磁流量计要在所测断面上布设一个能在整个断面上产生磁场的大线圈，整个水流切割磁力线后产生感应电动势，测量此电动势后得到水流速度，再由断面面积计算流量。这种仪器国内应用极少。 特点： 能测量整个断面的平均流速。 自动化程度高。 测流系统复杂，布设线圈很困难。 只能用于渠道和少量小河。

22. 测量水面流速的流速仪和流量测量 • 只测量水面流速，再从表面流速推求垂线或断面平均流速。然后，根据浮标法测流规定，由过水断面面积计算流量。 特点：——测速时，仪器和人都不接触水流。适 用于巡 测、桥测、洪水、枯季河道流量测量。 ——除浮标法外，能用于自动测量。 —— 流量测量的准确性不高。 测量水面流速的方法：浮标法 电波流速仪 扫描式雷达测速系统

23. 电波流速仪简介 电波流速仪架在桥上或岸上，向水面发射微波。利用水面反射微波的多普勒频移测量水面流速，可以称为微波多普勒测速仪。超声波在空气中传播时衰减很快，只能在水中测量。而微波在空气中传播时衰减很小，因此电波流速仪可以在陆上通过微波在空气中的传输测得水面流速，属非接触式测量。 电波流速仪测得的是其发射接收天线对准水面处的水面流速，也被认为是一个‘点流速’。 适用于较大流速。水面太平滑时，反射信号太弱，也会影响测速。

24. 扫描式雷达测速系统 • 将雷达扫描技术用于电波流速仪测速，就构成了扫描式雷达测速系统。此系统可以固定安装在岸上，扫描测量一片河面、海面上的流速分布。还可装在直升飞机上在空中测量难以到达地区的水面流速。 • 特点：能测得大量流速信息。 能测得较准确的流量。 用于河流的产品还在试用中。

25. “流速仪流量计” • 这种方法也属于流速面积法测量流量。使用此方法时，在渠道上人工建设一量水涵洞，变明渠水流为涵洞管流，该涵洞过水断面面积是恒定的。在渠道输水量变化范围内，涵洞始终是满管出流。这样，只要测得涵洞内的平均流速就可测算流量。而涵洞平均流速可以由涵洞相应位置的某点流速来推算。因此，在量水涵洞内安装一台能长期工作且能自动记录的流速仪，就构成了一台自记流量计。 • 特点：——简单实用，准确性好。 ——可用于平原渠道，应用范围广。 ——自动测记水量的方法简单可靠。

26. 水位~流量关系法测量流量 • 利用河渠中的闸门、涵洞等水工建筑物，或专门构建堰槽等量水建筑，找出这些量水建筑的上（下）游水位和流量的关系，通过测量水位就可以得到流量。一些河流、管道本身就具有稳定的水位流量关系，可以通过测量水位（或比降）得到流量。 • 特点：只需测量水位，方法简单。 流量测量较准确，且能自动测量。 需要构建量水建筑，有一定工作量。 需要一定的水位落差，很多地方不能应用。 很多堰槽易淤积，影响使用。

27. 谢谢 姚永熙 2012