1、二、流速流量監(jiān)測儀器,流速測量儀器設備 流量測量儀器設備,流速儀器分類,測量點流速的流速儀 轉(zhuǎn)子式流速儀 聲學點流速儀 電波流速儀 電磁點流速儀 光學流速儀（激光流速儀）,測量剖面流速的流速儀 聲學多普勒剖面流速儀 聲學時差法流速儀 掃描式電波流速儀 電磁流速儀,按流量測量方法的原理分類,流速面積法（河流流量測驗規(guī)范、聲學多普勒流量測驗規(guī)范、水文測船測驗規(guī)范、水文纜道測驗規(guī)范、動船法測流） 水位流量關(guān)系法水工建筑物與堰槽測流規(guī)范（原水工建筑物測流規(guī)范、堰槽測流規(guī)范、比降面積法測流規(guī)范） 示蹤劑法（國內(nèi)基本不應用） 容積法（可用于潮汐影響河段）,示蹤劑法也被稱為稀釋法。其原理是： 將某種物質(zhì)（示

2、蹤劑）連續(xù)均勻、或一次性將一定 量的示蹤劑突然注入水流中，在水流下游測量水中 該示蹤劑的含量，或測量該示蹤劑含量的變化過程。 從而推算流量。 應用方法：一次投入法、連續(xù)投入法。 應用的示蹤劑：放射性示蹤劑測量放射性射線、粒子 化學示蹤劑氯化鈉、碘、鋰、錳鹽 熒光示蹤劑,示蹤劑法簡介,流速面積法測量流量,按測量流速的方法和儀器的不同，可以分為： 1。測量點流速的流速面積法。 使用各種點流速儀 2。測量剖面流速的流速面積法。 使用剖面流速儀，主要是聲學流速儀。 3。測量表面流速的流速面積法。 使用電波流速儀、浮標。,測量點流速的流速儀,轉(zhuǎn)子式流速儀應用最普遍，也是最準確的流速儀。儀器使用旋槳、旋杯

3、式轉(zhuǎn)子感應流速，測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，計算水流速度。 聲學點流速儀應用聲學多普勒原理測量儀器所在點的水流速度。 電磁點流速儀應用電磁測速原理測量點流速 電波流速儀應用電磁波的多普勒測速原理測量水面點流速 光學流速儀由望遠鏡和旋轉(zhuǎn)鏡頭為主要組成的測量水面高流速的一種頻閃裝置。 激光流速儀應用光學多普勒原理測量點流速,常用的轉(zhuǎn)子式流速儀,LS251型旋槳式流速儀 LS253型旋槳式流速儀 LS20型旋槳式流速儀 LS1206型旋槳式流速儀 LS68型旋杯式流速儀 LS78型旋杯式低流速儀 LS45型旋杯式淺水低流速儀,國內(nèi)常用轉(zhuǎn)子式流速儀,美國應用的主要流速儀,Price type AA current

4、 meter,Dumas current meter,Type AA ICE Meter,聲學點流速儀,利用多普勒原理測量點流速。儀器的傳感器發(fā) 射超聲波，接收儀器前方或下方一固定點處的反射波，測出其多普勒頻移，計算流速。 特點： 這類儀器沒有可動部件，可以長期安裝在水 中，自動測記點流速。 可以測出流速的方向。 可以測出垂直于斷面的流速分量。,應用多普勒原理測速示意圖,I1發(fā)射的頻率為f0的輻射波經(jīng)兩次多普勒頻移后被I2所接收。I2接收到的反射波的頻率為f，則多普勒頻移fD為 式中：C輻射波的傳播速度 12分別為V和I1A、I2A連接線的夾角 儀器固定后，C、12、f0均為常數(shù)，于是可得 由

5、此可知，流速V與fD呈線性關(guān)系。這是反射式多普勒測速的基本公式。實際使用時，將水中的懸浮物或小氣泡作為反射體，測得其運動速度，也就認為測得了流速。,多普勒點流速儀（ADV),多普勒點流速儀性能,國內(nèi)有過這類產(chǎn)品，其性能如下： A測速范圍：0.015m/s，只測平行于儀器軸線方向的流速。 B流速測量精度：均方差1.5%。 C最小適用水深：2cm。 D電源：6V或12V。 E工作溫度：045,國外產(chǎn)品技術(shù)性能： A測速范圍：0.3、1、3、7m/s。 B測速準確度：0.5%左右。 C測量點與發(fā)射換能器距離：5、10、15cm。 D使用最小水深：2cm（用于只測單向流速）、6cm和12cm E聲波頻

6、率：5MHZ。 F工作環(huán)境：-545 。 G數(shù)據(jù)貯存：固態(tài)存貯六個月以上（10分鐘一次）。 H數(shù)據(jù)通信：RS232、RS422。 I電源：818VDC，220VAC。,電磁式點流速儀,利用電磁感應原理測量點流速。這類儀器在水中產(chǎn)生一個人工磁場，水流流過此磁場，相當于電導體切割磁力線，將在水流兩側(cè)產(chǎn)生感應電動勢。測量此電動勢后可以計算出水流的平均流速。 特點： 磁場只產(chǎn)生在儀器附近，測得的流速被 認為是 儀器所在處的點流速。 儀器沒有可動部件，不受水中雜質(zhì)影響。 水的電導會影響測速準確性。,電磁式點流速儀原理圖,電磁點流速儀,電磁點流速儀,測速區(qū)域：約直徑120mm,某國外電磁流速儀技術(shù)指標,流

7、速范圍： 0.0002.5m/s 測流歷時： 2,5,10,15,20,30,40,60s 精 度： 1% 零 飄： 2.0mm/s 輸 出： RS 232 C 環(huán)境溫度： 5+60 探頭材料：環(huán)氧樹脂 重量： 0.5kg,流速流量測量設備,水文測船 水文纜道 水文巡測車 水文測橋 涉水測流,纜道自動測流綜合控制系統(tǒng),纜道測流系統(tǒng)性能,系統(tǒng)的主要功能： (1) 自動半自動測流； (2)手動測流功能； (3)人工錄入數(shù)據(jù)功能； (4)測次流量報表計算功能； (5)斷面流速分布圖生成 (6)斷面測量動態(tài)跟蹤示圖功能； (7)纜道泥沙采樣器控制信號發(fā)生功能； (8)流量報表Email傳輸功能；,主要

8、技術(shù)指標 1 絞車控制： 1）驅(qū)動電機：三相交流電機 2）行車速度：02m/s 3） 限位控制：河底信號停車控制， 測點定位自動停車控制。 2 纜道測距 光電增量編碼傳感器 1）起點距測驗（帶纜道弧度修正） 計數(shù)顯示、分辨力：0.1m 2）纜道測深（入水深） 計數(shù)顯示、分辨力：0.01m 3。 水文流速測算 適應范圍：各種轉(zhuǎn)子式流速儀 ； 適應信號：交流音頻信號或直流信號； 顯示參數(shù)：當前流速儀K值、歷時T、信號數(shù)N、流速V；,幾種國產(chǎn)巡測（橋測）車,這是一個測驗設施較全的測站，有吊箱纜道、水位井、和一組水尺,一個美國水文站,新型手持涉水測量裝置由專用測深桿，小型流速儀和數(shù)據(jù)采集器組成，測深、

9、測寬、測速數(shù)據(jù)直接記錄在手持的數(shù)據(jù)采集器上，儀器可自動計算出全斷面流量。測量數(shù)據(jù)可傳輸給計算機 。,國外涉水測流,國外較完善的纜道,美國測流吊箱,國外手搖鉛魚測流纜道,國外手搖纜道,美國橋測絞車,手推橋測絞車：手搖或電動 橋測板：手持和手搖,常用的這種巡測車用越野汽車改造而成。 尾部裝有升降靈活的電動驅(qū)動升降設備，以懸吊各種型號的鉛魚進行測深測速。 橋測車可在橋上測驗，也可拖帶巡測船下站測驗,美國巡測車,巡測船從坡道碼頭下水，然后開到測驗斷面，測驗后，回到碼頭，拉上岸，運回。,國外巡測船,國外水文測船,美國先進巡測技術(shù),轉(zhuǎn)子式流速儀等水下水文儀器的信號傳輸方式,有線傳輸 “無線”傳輸 無線電波

10、傳輸,水深測量儀器設備,測深測具測深桿和測深錘（測繩） 測深鉛魚 回聲測深儀手持式超聲波超深儀 船用超聲波測深儀 纜道超聲波測深儀 多波束超聲測深系統(tǒng),手持式超聲波超深儀,在水面以下向河底發(fā)射超聲波， 接收河底的反射波。按照發(fā)射接收間的時間間隔和超聲波在水中的傳播速度計算出水深。 一般技術(shù)性能 ：,靜水測深范圍：0.499.99m 測深誤差： 0.5% 2cm 盲區(qū)：40 cm 適應流速：5mS 水溫修正范圍：130 測深方式：單次、自動重復 電源：DC 6、12V 工作溫度：045 使用頻率：單頻，小于200k,紙記錄式 數(shù)字式,旁側(cè)掃描聲納,旁側(cè)掃描聲納用“拖魚”,船用超聲測深儀,測 量

11、范 圍: 0.8米40米 超 聲 波 頻 率: 100 kHz 精 度: 1%0.1m 適用 最大 流速: 5 m/s 最大含沙量: 30 kg/m3 輸 入 靈 敏 度: 30 mv 或輸入信號線與極板間等效電阻大于5 信號 傳輸 方式: 一線一地無專用導線傳輸,一種纜道超聲測深儀,GeoSwathSwath Bathymetry 多波速測深儀,制造廠家： GEOACOUSTICS公司,測量剖面流速的流速儀及流量測量,測量剖面流速的儀器： 一。聲學多普勒流速剖面儀（ADCP、 ADP、RDCP、FlowQuest 等) 1。走航式ADCP 2。固定式。水平式ADCP、座底式ADCP 、 水面

12、式ADCP 。 二。聲學時差法流速流量測量系統(tǒng) 三。聲學多普勒流速流量計 四。電磁流量計,ADCP應用方式示意圖,固定ADCP測速原理圖,1、2超聲換能器；3流速；MN河岸或河底,ADCP 走航（流量）測量,ADCP在走航測量中測量如下數(shù)據(jù)： 水的相對速度（相對于船的速度，由“水跟蹤”測出） 船速(由“底跟蹤”測出, 或由GPS算出) 水深（由河底回波強度測出，類似于回聲測深儀） 船的航行軌跡（由船速和計時數(shù)據(jù)算出，或由GPS算出）,ADCP主要技術(shù)指標,應用相控陣技術(shù)的河流ADCP,制造商認為，應用相控陣技術(shù)的ADCP可達到以下技術(shù)性能： 平面相控陣換能器由2592個壓電陶瓷單元組成。頻率：

13、600kHz 測速范圍：5m/s，或20m/s； 測速準確度：0.3%2mm/s；單元數(shù)：自動選擇，最多200 剖面范圍：0.440m； 河底跟蹤速度范圍：9.5m/s； 河底跟蹤速度準確度：0.3%2mm/s； 水深測量范圍：70m(15、淡水)； 水深測量準確度：1%； 溫度測量范圍：545； 溫度測量準確度：0.4； 傾斜度測量范圍：15； 傾斜度測量誤差：0.5； 方位測量范圍：0359.99； 方位測量誤差：2。,ADCP 走航測得的斷面流速分布圖,ADCP船側(cè)安裝,美國地調(diào)局 USGS,ADCP安裝在無動力小雙體船上,美國地調(diào)局 USGS,三體船 ADCP OceanScience

14、 Gruop RiverBoat,ADCP,內(nèi)置 數(shù)傳電臺 和電池,舵槽,利用纜道進行ADCP流量測量,ADCP無線電遙控作業(yè),美國地調(diào)局 USGS,HADCP測流系統(tǒng) 水平ADCP（即H-ADCP）安裝在河流或渠道的岸邊，水平發(fā)射波束涵蓋部分或整個寬度的水體，根據(jù)測得的一個水層的流速分布數(shù)據(jù)，結(jié)合“回歸法”或“流速一面積法”能實時測量并記錄河流或渠道的剖面流量，配合各種通訊手段，將測得的流量數(shù)據(jù)發(fā)至指定地點，構(gòu)成實時流量測量系統(tǒng),用HADCP進行流速流量自動監(jiān)測,HADCP傳感器,美國地調(diào)局 USGS,RTDM（實時流量遙測系統(tǒng)）,系統(tǒng)組成：,流速測量 H-ADCP,水位測量,數(shù)據(jù)采集器 （

15、或用計算機）： 采樣控制 流量計算 數(shù)據(jù)存儲,數(shù)據(jù)遠傳： 電話 GSM 衛(wèi)星 UHF,中心站,時差法測速原理,當水體狀況一定時，超聲波的傳播速度是一定的。順水流傳播時，實際傳播速度為聲速加上水流速度；逆水傳播時，實際傳播速度為聲速減去水流速度。于是，在河流上、下游兩岸二固定點之間，聲波順水和逆水傳播所需時間有一差別，測出這時間差就能測得水流速度。,時差法流速流量計算,式中：V-垂直于測流斷面的水層平均流速； L-兩換能器之間的距離； t12-兩換能器之間聲波順水傳輸時間； t21-兩換能器之間聲波逆水傳輸時間； -兩換能器之間聯(lián)線與斷面夾角，一般為45。,時差法測流系統(tǒng)岸上儀器 超聲傳感器,一

16、種時差法流量計,一種國產(chǎn)時差法流量計,時差法測流系統(tǒng),美國地調(diào)局 USGS,時差法應用示意圖,交叉聲道（可測流向）,單聲道（不測流向）,響應式（不需過河電纜）,雙層聲道（用于水深斷面）,時差法反射測速原理,聲學時差法流量計適用范圍,流速10米/秒 +10米/秒,能自動判定流向。 測速斷面寬度可達1000米，深寬比不小于1/50。 流速測量的不確定度13。 影響測流的主要因素聲波頻率、含沙量（水草氣泡）、測速層的相對水深、傳感器安裝角度及距離的準確性等。,時差法流速流量計基本性能介紹,一種國產(chǎn)產(chǎn)品的基本性能： 工作頻率：50KH-100KH； 聲道長度：0.5-400m； 測速范圍：-4m/s-

17、+4m/s； 測速置信度：98%； 信號輸出：RS232； 功耗：5-40W； 電源：24VDC、或220VAC。,一種國外產(chǎn)品的技術(shù)性能 A頻率：28200KHZ； B水中聲道長度：11000m（或更長）； C測速范圍：10m/s； D測速準確度：2%（在聲道上）；5%（交叉聲道工作方式） E測速時間間隔：2、560min（5min間隔）； F輸出：RS232和BCD碼，0或420mA，05或10V，數(shù)字顯示； G電源：220VAC，工作功耗35VA，值守功耗5VA。,聲學時差法流量計的特性,可以用于各種大中小河流，能較準確地自動測量流量 。流態(tài)紊亂，有正逆流的感潮河段也可以應用。 測量原理

18、合理，能測得全斷面一個或幾個水層的平均流速，測速準確度高。在國外，時差法流量計很早就被較廣泛地采用。HADCP是二十世紀末出現(xiàn)的、用于中小河流的聲學流量計。 使用時差法流量計要在河的兩岸安裝聲學換能器，要鋪設很長的電纜，可能包括垮河電纜，并要有防雷保護，可能有很多困難。 不要在水草較多的河道安裝時差法流量計，聲程上的水草會阻擋聲束傳播，因光合作用水草冒出的氣泡也會阻擋聲束傳播。其它的水中聲學儀器也會受此影響。,時差法流量計的測速性能優(yōu)于 HADCP 測速準確性好時差法測速時直接接收另一換能器發(fā)射的聲波，信號強，接收判別處理正確。直接測量聲脈沖傳輸時間，容易準確測量。多普勒法接收的是水中氣泡、顆

19、粒漂浮物的雜亂回波，信號很弱，不利于正確測量。 同時假定兩對稱點和斷面上相應點的流速是一致的，不易準確測量。 流速代表性好時差法的聲道橫過了整個斷面。 HADCP往往只能測量岸邊一部分斷面的水層流速 。 應用范圍大時差法可以測得較低流速，并能在很淺的水中工作 ，測速水層可寬達千米以上。而HADCP對斷面的寬深比有明確要求。常常只能測得數(shù)十米內(nèi)的流速。 HADCP能測得流速的剖面分布信息，而時差法只能測得整個聲層上的平均流速。,聲學多普勒流速流量計,這類儀器也應用多普勒原理測量流速，和座底式ADCP類似。將聲學傳感器安裝在測流斷面底部，向上方發(fā)射聲波，測量斷面上的流速分布，同時測得水位。 但它們

20、能測量多于一條垂線的流速數(shù)據(jù)，用于渠道、管道和小河時能直接得到流量。 特點：能直接測量流量。 適用于渠道、小河、非滿管流的管道。 儀器類型：能測量兩條垂線流速的ADFM。 能測量小型斷面平均流速的多普勒流 速流量計。,能測量兩條垂線流速的ADFM（用于渠道）,能測量兩條垂線流速的ADFM（用于非滿管管道）,ADFM傳感器 岸上儀器,能測量小型斷面平均流速的多普勒流 速流量計原理圖,電磁法測量流量,應用電磁流量計時需要在所測斷面上布設一個能在整個斷面上產(chǎn)生磁場的大線圈，整個水流切割磁力線后產(chǎn)生感應電動勢，測量此電動勢后得到水流速度，再由斷面面積計算流量。這種儀器國內(nèi)應用很少。 特點： 能測量整個

21、斷面的平均流速。 自動化程度高。 測流系統(tǒng)復雜，布設線圈很困難。 只能用于渠道和少量小河。,電磁流量計原理圖,電磁流量計布設,測量水面流速的流速儀和流量測量,只測量水面流速，再從表面流速推求垂線或斷面平均流速。然后，根據(jù)浮標法測流規(guī)定，由過水斷面面積計算流量。 特點：測速時，儀器和人都不接觸水流。適 用于巡 測、橋測、洪水、枯季河道流量測量。 除浮標法外，能用于自動測量。 流量測量的準確性不高。 測量水面流速的方法：浮標法 電波流速儀 掃描式雷達測速系統(tǒng),電波流速儀簡介,電波流速儀架在橋上或岸上，向水面發(fā)射微波。利用水面反射微波的多普勒頻移測量水面流速，可以稱為微波多普勒測速儀。超聲波在空氣中

22、傳播時衰減很快，只能在水中測量。而微波在空氣中傳播時衰減很小，因此電波流速儀可以在陸上通過微波在空氣中的傳輸測得水面流速，屬非接觸式測量。 電波流速儀測得的是其發(fā)射接收天線對準水面處的水面流速，也被認為是一個點流速。 適用于較大流速。水面太平滑時，反射信號太弱，也會影響測速。,電波流速儀測速原理示意圖,LD15-1型電波流速儀 LD15-1Radar Current Meter,儀器性能指標:(Specification) 1測量范圍： 流速 0.515m/s。 Measurement Range： （V）0.515m/s. 2測量角度 ： (必要時可達60) 俯角（1）2060 方位角 (2

23、) 030 Measurement Angle ： angle of pitch （1）2060 angle of position (2) 030 (special application: 60) 3測量時段： （T）10，999秒任意選擇 (必要時可小于10秒 10s) Measurement period set： （T）10，999s （T） 10，999s randomly selected， 10秒 10s,國家技術(shù)監(jiān)督局2000年3月19日頒發(fā)本產(chǎn)品的生產(chǎn)許可證。 編號為： XK34-132-0028,制造廠家：水利部南京水利水文自動化研究所,SVR-VP電波流速儀 Veloc

24、ity Radar Gun,技術(shù)指標Specification 1單人使用，總重1.3公斤，手持測量或置于三腳架上。 2內(nèi)置可充電電池，連續(xù)工作8小時 3內(nèi)置俯仰角傳感器, 俯仰角自動改正，手動選擇水平角。 4抗正常跌落，防雨淋。 51）測速范圍113米/秒,測速精度0.03米/秒 2）測速范圍0.39.3米/秒,測速精度5% 6環(huán)境溫度-30+70。 7電波發(fā)射錐度角12度。 8電波發(fā)射標稱功率10毫瓦。 9電波頻率24GHz。,制造廠家：美國德卡托電子公司,固定自動測流的電波流速儀,掃描式雷達測速系統(tǒng),將雷達掃描技術(shù)用于電波流速儀測速，就構(gòu)成了掃描式雷達測速系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以固定安裝在岸上，

25、掃描測量一片河面、海面上的流速分布。還可裝在直升飛機上在空中測量難以到達地區(qū)的水面流速。 特點：能測得大量流速信息。 能測得較準確的流量。 用于河流的產(chǎn)品還在試用中。,河流雷達測速系統(tǒng),測流堰槽,可用于測流目的的建筑物類型如下： （1） 薄壁堰：1）矩形堰；2）V形堰。 （2） 寬頂堰：1）圓緣寬頂堰；2）矩形寬頂堰；3) V形寬頂堰。 （3） 三角形剖面堰； （4） 流線型三角形剖面堰； （5） 平坦V形堰； （6） 測流槽：1）矩形槽；2）梯形槽；3）U形喉道槽；4）巴歇爾和孫奈利槽。 （7） 末端深度法：1）矩形河槽；2）非矩形河槽（近似法）。 （8） 梯形剖面堰；,應用中影響堰槽測流不確定性的因素,1、水位測量因素 可能要求水位測量分辨力為1.0mm或更高，水位測量不確定度應小于20%最大流量所對應水頭的1%，水位測量誤差應要求在35mm以下。否則將產(chǎn)生相應的附加誤差。 2、堰槽形狀誤差因素 堰槽形狀尺寸要求很高，薄壁堰堰口要求更嚴格， 可能產(chǎn)生的形狀、尺寸誤差，使得水位流量關(guān)系有所變化，造成附加誤差。 3、應用環(huán)境影響 堰槽對斷面上、下游河道以及水位比降有具體要求；對安裝也有嚴格要求；現(xiàn)場應用時，加上 堰槽中泥沙沉積、水生植物和藻類生長等因素都將對