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水文现代化:流速与流向测量

时间:2023-08-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:转子式流速仪不能长期自动工作,故不能用于流速自动测量。这种仪器利用微波多普勒效应测量水面流速,测量流速时仪器不接触水体,依靠向水面发射微波的回波来测量水面流速。水文上应用较多的是声学多普勒剖面流速仪,称为ADCP,可以测量一根垂线的流速分布。转子式流速仪仍将是最主要的测速仪器。

水文现代化:流速与流向测量

1.简述

应用中的流速测量仪器分为转子式流速仪和非转子式流速仪两类。非转子式流速仪分为声学流速仪、电波流速仪和电磁流速仪。生产实践中主要使用转子式流速仪。在特殊需要时使用电波流速仪和声学流速仪。电磁流速仪使用极少。测流速主要为了得到流量,在需要自动测验流量时,经常使用声学流速仪。

2.流速仪器现状

(1)转子式流速仪。转子式流速仪分为旋桨流速仪和旋杯流速仪两类,是最传统的流速测量仪器,最适宜用于测量水体点流速。我国所有水文站全用它们来测量流速。转子式流速仪测速准确、稳定,结构简单、易于掌握,价格也不高,是优先被用于测速的仪器。

转子式流速仪不能长期自动工作(要定期拆洗),故不能用于流速自动测量。

(2)电波流速仪。这种仪器利用微波多普勒效应测量水面流速,测量流速时仪器不接触水体,依靠向水面发射微波的回波来测量水面流速。它特别适用于高速测量,又不接触水体,因此很适用于高洪时测速,适用于桥测和巡测,也可用于自动测流。

(3)声学流速仪。声学流速仪分为声学时差法流速仪和声学多普勒流速仪:

1)声学时差法流速仪。这种仪器利用时差法声学测速原理测得全断面上某一水层或不同水深的两个以上水层的平均流速,用于推求断面平均流速和流量。在国外,时差法流速流量仪器很早就投入了应用,国内仍处于研究试用阶段。近年开始有少量正式应用。这种仪器能自动测量流量,不受河流大小限制,适应性较强,测量准确度也很好,是一种可以推广的流量自动测量仪器。但安装麻烦,价格也高,常被用于需要自动测量水量,同时有较高要求的站点。

2)声学多普勒流速仪。利用声学多普勒原理测量流速的仪器,刚开始时仅应用于管道和海洋。后来逐步应用于水文测验。产品有点流速仪和剖面(线)流速仪两类。水文上应用较多的是声学多普勒剖面流速仪,称为ADCP,可以测量一根垂线的流速分布。仪器装在船上,横跨断面可测得经过处多根垂线的流速分布,得到全断面数据,称为船用走航式ADCP。如果将仪器固定安装在岸边水平测量,可以得到某一水层一部分的流速数据,称为水平ADCP(HADCP)。也可以固定安装在河底或水面,测量一根垂线的流速分布。

ADCP的适用范围很大,可固定测量,也可用于船测、巡测。测量自动化程度很高,是自动测速测流的先进设备。我国已在一些主要江河的主要测站上推广这些仪器,以应用船用走航式ADCP为主,开始试用水平ADCP。都是国外产品,国内海洋部门虽有自制产品,但并未用于陆地水文。(www.xing528.com)

这类仪器价格较高,并不完全适用于较恶劣的水文环境,测量准确性也不是很稳定,使用前要有充分考虑并经试用。安装上的困难要引起足够的重视。

测量点流速的声学多普勒流速仪曾有过国产产品,但现在应用的都是国外产品,常被称为ADV。ADV测速迅速,没有可动部件,但连接的专用电缆限制了应用范围。

(4)电磁点流速仪。电磁点流速仪已开始用于流速测量,仪器在水中产生磁场,水流切割磁力线,仪器上的两个电极测量感应电动势,从而测得流速。

(5)流速流向仪。在河口地区,宽浅断面和河床变化较大的断面,流向测量十分必要,流向测量也在很大程度上影响流量测量的准确性。目前只有个别机械式流向仪产品,有少量应用。也有一些简易流向测量工具在测站上应用。流向仪的需要量不大,所以在国内和国际上都没有得到重视。已有一些先进技术可以用于流向仪,但缺乏开发积极性。ADCP和有些ADV可以测得流向。

(6)浮标测速。浮标是很多水文站必需和备用的测速工具。尤其对山区河流站,在洪水期,很可能只能用浮标测速。浮标都是各地自行制作的,没有正规产品。

一些国家对测速浮标有明确要求,还有正规产品。我国在这方面做的工作很少。

3.发展方向

我国的转子式流速仪与国际上先进产品的质量相当,在泥沙适应性方面优于国外产品,品种也很齐全。只是还应在提高性能上再努力。转子式流速仪仍将是最主要的测速仪器。

由于水资源管理和水文测验的需要和发展,声学流速流量仪将逐步推广应用,成为最主要的流量自动测量设施,所以要大力研究声学流速流量仪器的应用方法和适用范围,还要重视声学流速流量仪器包括ADCP和ADV的国产化。

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