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几种流量快速测验仪器简介

来源:邢台水文局 文章作者:王振卯 录入时间:08-09-12 14:55:00

现今水文站流量测验技术已得到广泛应用,越来越多先进的流量测验仪器已广泛重视,特别是复杂流态条件下的水文站在逐步推广使用走航式 ADCP进行流量测验。现简要介绍几种仪器,供水文测验方式方法技术创新方案设计时参考。

一、超声波流速仪

超声波测速的主要方法是时差法和多普勒法。

(一)时差法:工作原理是根据声波在静水中传播时,在水的温度、密度、盐度一定时,声速是恒定的,如果水是流动的,那么声波顺水传播的速度为声速加上水速,逆水时为声速减去水速。利用这个原理,在测流断面上下游某一水层两岸各安装一声学探头,与水流呈 45°角,测出顺流、逆流时两探头间声波传播的时间差,再根据二探头间距离和当时水中声速 (静水 )就可计算出断面上这一水层的平均流速。进而推算出断面平均流速和断面流量,以实现流量的快速测量。

时差法仅适用于中速和低含沙量的水中。安装探头的河岸要求比较陡直稳定,不易淤积水文站都使用这种方法效果较好。

(二)多普勒超声流速仪

1、点流速仪:探头很小,非常适用于涉水测验。也具有长期运行、自动测量和自动存储数据等功能,国外巡测使用较多。

2、声学多普勒剖面流速仪

除走航式获得普遍应用外,按安装方式分述如下:

1)水平式

水平式声学多普勒(如 H-ADCP)流速仪利用声学多普勒原理测量流速。通常水平式声学多普勒流速仪安装在河流或渠道的岸边,探头上的声学换能器发出声波脉冲。同时接收各时间的回波,水平发射波束涵盖部分或整个宽度的水体,由回波时间的不同,判别相应测点离探头的距离。对每一回波的多普勒频移进行计算,得到探测水层各测点的流速分布,这样实时测量一个水层的流速分布。利用水平式声学多普勒流速仪提供的流速数据以及率定好的水平剖面流速与断面平均流速的关系模型实时计算河流或渠道的流量。

2)座底(或浮标)式代表线法

座底(或浮标)式代表线法多普勒测流是将探头安装在测流断面某一处 (或几处 )流速有代表性的垂线河底(或水面),换能器向上(或下)方发射声波,测得探头上(或下)方这一垂线上的流速分布,同时测得水位。根据代表线流速与断面平均流速的关系模型推算断面平均流速,进而计算断面流量。

3)缆道牵引方式

在小河浅水区的走航式测流试验我局尚未开展,不利于指导生产实际。特别是用缆道作为牵引设备的走航式试验,可解决缆道站的快速测流问题。

二、电波流速仪

电波流速仪也是一种利用多普勒原理的测速仪器,但使用电磁波(频率高达 10GHz,属微波波段)。使用电波流速仪属于非接触式测量,很适合桥测、巡测。当发生洪水时,测船、缆道都难以用于测速,这时如果有合适的桥梁可以利用,使用电波流速仪来代替浮标测流将是最佳的选择。

审稿:郭兰洲

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