現代測流方法河流流量測量是水文工作者的重要任務之一。傳統的河流流量方法包括人工船測，橋測，纜道測量，和涉水測量等。其基本原理是在測流斷面上布設多條垂線。在每條垂線處測量水深并用流速儀測量一至幾個點的流速儀從而得到線平均流速。進而得到斷面面積和斷面平均流速。流量則由斷面面積和斷面平均流速的乘積得到。流量測驗(flowmeasurement;dischargemeasurement)，江河、渠道流量的實地測量。流量測驗有流速面積法、建筑物法、稀釋法等多類方法?？梢虻匾驎r制宜和經濟合理地選擇使用。江河、渠道的流量常隨時間而變化，通常不直接用實測流量來反映變化過程，而是用實測流量和相應水位資料建立水位流量關系，然后用連續觀測的水位資料轉換成流量資料。流量測驗的次數及其在水位上時間上的分布，以能滿足確定水位流量關系的需要為度。下面，就著重介紹一下現代測流的幾種方法。流速面積法流速面積法這是使用最廣泛的方法。其基本原理是：通過橫斷面上單元面積的流量是該面積與水流速度(流速)的乘積。分別測量各個部分的流速和面積即可求得流量。此類方法要設置垂直于流向的橫斷面，進行斷面測量。一般要在斷面上布設許多測深垂線，在垂線上測量水深，并測定垂線與岸上斷面起點樁間的距離，即起點距。施測水深可以用測深桿、測深錘、鉛魚或回聲測深儀。后者是用位于水面下的換能器發射超聲波，聲波遇到河床后反射回來，由儀器接受，按照聲波的往返走行時間和巳知的聲波在水中的傳播速度來確定水深。起點距則可通過纜索、視距、儀器交會等方法確定。兩相鄰垂線起點距之差即部分寬，乘以部分平均水深，即為部分面積，其總和即斷面面積，根據斷面測量的資料，可以繪出以起點距為橫坐標、河床高程為縱坐標的斷面圖。對于斷面穩定不變的河流，實測流量時不必每次都實測斷面，可借用巳有的斷面圖，用水位計算垂線水深和面積。流速儀法流速儀法是最基本的方法。常規的作法是在部分或全部測深垂線上用流速儀測定流速，用部分平均流速與部分面積之乘積作為部分流量，部分流量的總和即為斷面流量。近來還創造了動船法和積寬法。前者在測船沿斷面航行中，用回聲儀測探，用特制流速儀測速，推算流量，宜用于需要測次較多的平原大河及河口地區。積寬法是利用水文纜道懸吊流速儀沿斷面橫渡測速，宜用于有纜道且水較深的測站。浮標法測流這是一種最簡單和最易作到的方法。它采用一塊木頭或裝有少量水的瓶，在木頭上或瓶口上插小旗作為浮標，利用手表測定浮標通過在海灣或河流中相距一定距離的兩點的時間即可求出流速。通常用每秒鐘內的米數來表示這一速度。利用上述方法只能測出表層的流速。如要測出深層水的流速，就使用上下兩個瓶子，此時上面的浮瓶流速代表兩個瓶子的平均速度。測出表面水流的平均速度后，就可求得深處瓶的水流速度。浮標流量測驗是水文工作者在長期的實踐中總結出的重要測流方法，浮標流量測驗具有“選材容易、造價低、投放速度快、易操作、易成活、穩定性強、測流速度快、安全性能好”等一系列優點，山溪性河流以及暴漲暴落的洪水在流量測驗時經常會選用浮標法，浮標法在以往多次洪水測驗中為完整控制流量過程、準確計算水沙總量、分析水位流量關系以及水文資料整編等提供了依據。而這中間需要弄清幾種關系。流量過程控制和單次質量的關系《河流流量規范》規定，流量的測次布設，應能完整控制洪水過程，準確計算水沙總量、日平均流量，并能準確推求最大、最小流量及水位流量關系，滿足報汛需要。水峰過程控制和沙峰過程控制的關系、輸沙率測驗和單樣含沙量測驗的關系使用浮標法進行洪水測驗時，由于人員緊張、水沙測驗及報汛任務繁重、單沙處理需要一定時間等等客觀因素，洪水測驗往往容易步入重水峰而輕沙峰的誤區。常規浮標測驗與浮標系數研究的關系目前黃河水文測區各站浮標測驗多采用經驗系數法，多數測站未進行過浮標法與流速儀法比測實驗，許多測站洪水時無法實測過水斷面，經驗系數法及借用斷面法增加了浮標測驗的不確定性。只要我們充分認識浮標測驗的優缺點，充分研究水沙規律和本站測站特性，并不斷積累比測資料、分析研究浮標系數，我們就會不斷提高浮標測驗精度，從而準確控制水沙過程，并更好地為黃河防汛、黃河水資源統一調度和流域生態建設服務。超聲波測流近幾年來，隨著電子技術、數字技術和聲楔材料等技術的發展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術發展很快。基于不同原理，適用于不同場合的各種形式的超聲波流量計已相繼出現，其應用領域涉及到工農業、水利、水電等部門，正日趨成為測流工作的首選工具。超聲波流量計的測量原理超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法、多普勒法等。傳播速度差法又包括直接時差法、相差法和頻差法。其基本原理都是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時速度之差來反映流體的流速，從而測出流量；多普勒法的基本原理則是應用聲波中的多普勒效應測得順水流和逆水流的頻差來反映流體的流速從而得出流量。2.1時差法測量原理時差法測量流體流量的原理如圖1所示。它利用聲波在流體中傳播時因流體流動方向不同而傳播速度不同的特點，測量它的順流傳播時間t1和逆流傳播時間t2的差值，從而計算流體流動的速度和流量。圖1超聲波流量計測流原理圖設靜止流體中聲速為c，流體流動速度為v，把一組換能器P1、P2與管渠軸線安裝成e角，換能器的距離為L。從P1到P2順流發射時，聲波傳播時間t1為：JiAji L—二F，女“€^Ht;cgs9從P2到P1逆流發射時，聲波的傳播時間t2為：C—7/COs0一般c>>v，則時差為:單聲道測試系統只適用于小型渠道水位和流速變化不大的場合。大型渠道水面寬、水深大，其流速縱橫變化也較大，須采用多聲道超聲波測流才能獲得準確的流量值，見圖2。應用公式(5)、(6)可測得流量Q。以上各式中：d為垂直于水流方向上兩換能器之間水平投影的距離，為聲道數，S為兩聲道之間的過水斷面面積。圖2多聲道超聲波流量計測流原理圖超聲波流量計的分類1根據超聲波聲道結構類型可分為單聲道和多聲道超聲波流量計2根據超聲波流量計適用的流道不同可分為管道流量計、管渠流量計和河流流量計應用研究結合國家大型灌區信息化建設的研究內容，在昌樂縣高崖水庫灌區的北干渠上布設了4處監測站：其中徐家廟監測站渠底寬7.0m，水深1.0?2.0m，采用5聲道明渠超聲波流量計監測，見圖5。山秦監測站將一段明渠改造為有壓管道輸水，管徑是1.4m，采用單聲道管道超聲波流量計監測，見圖6。在日照水庫灌區總干渠上布設了6個測站，其中石咀監測站渠寬4m，水深1.5?2m，采用了多普勒超聲波流量計進行監測。ADCP測流ADCP全稱為AcousticDopplerCurrentProfilers，即聲學多普勒流速剖面儀，是二十世紀80年代初發展起來的一種新型測流設備。它利用多普勒效應原理進行流速測量。ADCP因其原理的優越性，突破傳統機械轉動為基礎的傳感流速儀，用聲波換能器作傳感器，換能器發射聲脈沖波，聲脈沖波通過水體中不均勻分布的泥沙顆粒、浮游生物等反散射體反散射，由換能器接收信號，經測定多普勒頻移而測算出流速。ADCP具有能直接測出斷面的流速剖面、具有不擾動流場、測驗歷時短、測速范圍大等特點。目前被廣泛用于海洋、河口的流場結構調查、流速和流量測驗ADCP是英文AcousticDurrentProfiler的縮寫。中文通常譯為聲學多普勒流速剖面儀。當裝備有ADCP的測量船從河流某斷面一側航行至另一側時，ADCG即刻測出河流流量。ADCP簡介顧名思義，ADCP是一種利用聲學多普勒原理測量水流速度剖面的儀器。與機械式電磁式流速儀不同，ADCP是一種遙測儀器。即ADCP流速測量點不在ADCP所處的位置。而且，ADCP可以測量距其一定范圍內的許多點的流速。也就是說，一臺ADCP可以替代許多臺機械式電磁式流速式。為了測量三維流速，ADCP一般裝備有四個（或三個）聲換能器。換能器總是安裝成與ADCP軸線成一定傾角。每個換能器即是發射器對應于一個聲束。換能器發射的聲波盡可能集中于較窄軸線成一定傾角。每個換能器即是發射器又是接收器。換能器發射的聲波盡可能集中于較窄的聲束范圍內。每一個換能器對應于一個聲束。換能器發射某一固定頻率的聲波，然后聆聽被子水體中顆粒物散射回來的聲波。假定水體中顆粒物與水體流速相同。當顆粒物的移動方向是接近換能器時，換能器聆聽到的回疲頻率高。當顆粒物的移動方向是背離換能器時，換能器聆聽到的回波頻率比發射波頻低。ADCP通過跟蹤水體中顆粒物的運動（稱為“水跟蹤”）所測量的速度是水流相對于ADCP（也即ADCP安裝平臺）的速度。當ADCP安裝在固定平臺上（水跟蹤“測量的流速即為水流的絕對速度。當ADCP安裝在船上（移動平臺），“水跟蹤”測量的相對速度中扣除船速（平臺的移動速度0后才得到水流的絕對速度。有兩種方法可以測量船速。第一種方法為“底跟蹤”是指ADCP通過接收和處理品由河底或海底的回波信號跟蹤河底的運動。如果河底或海底沒有移動的懸移質，“底跟蹤”所測量的速度即是船速。第二種方法是利用GPS測量船速。由航跡上任意兩點的GPS座標值可以得到兩點間的位移，再除以相對應的即得到船速。一般來說GPS方法測船速不如“底跟蹤”方法精確。從理論上講，ADCP流量測量原理與傳統人工船測，橋測，纜道測量，和涉水測量的基本原理是一樣的，都是在測流面上布設多條垂線。在每條垂處測量水深并測量多點的流速從而得到垂線平均流速。只是ADCP所測的垂線可以很多，每條垂線上的測線上測點也很多。然而，與傳統方法相比，ADCP方法有如下幾點下同：（1）傳統方法是表態方法。即無論是人工船測，橋測，纜道測量，還是涉水測量，儀器總是固定于所測垂線進行測量。ADCP方法是動態方法。ADCP在隨測量船運動過程中進行測量。（2）傳統方法的測流面通常要求垂直于河岸。ADCP方法不要求測流斷面垂直于河岸。船航行的軌跡可以是斜線或曲線。為了計算流量，ADCP在走航測量中測量如下數據：（1） 水的相對速度（相對船的速度，由“水跟蹤”測出）（2） 船速（由“底跟蹤”測出，或由算出）（3） 水深（由河底回波測出，類似于回聲測深儀）（4） 船的航行軌跡（由船速和計時數據算出，或由GPS算出）超聲波測流技術以其測量精度高、實時性好的特點越來越得到重視。但因其價格高、專業性強、維護管理要求高使其應用推廣較慢。隨著國家對水利投入的加大和節水型社會設該技術設備將很快成為主要測流手段而得到廣泛的應用。其它方法比降法：用實測的水面比降，連同斷面資料和本站的或借用的糙率資料，用水力學公式計算流速和流量。此法精度較差，只在不能使用其他方法時使用，或者作為一種輔助性方法。建筑物法：通過跨河建筑物的流量同上游水頭，上下游水位差等存在的函數關系?？梢栽跀嗝嫔显O置標準形式的水量建筑物，觀測水位，用水利學公式推算流量。此法精度好，工作方便，但造價較高，一般用于中小河流。河流、渠道上的涵閘、水庫的泄水建筑物、抽水站水電站的過水設備等，在條件適合時，也可用來測量流量，但其流量系數要在現場用其他方法實測流量來進行率定。稀釋法：在河段上游投入的示蹤劑，至下游被河水混勻后總量不變，而其稀釋倍數與流量成正比例。按示蹤劑的量與下游檢測的示蹤劑濃度資料