河道流量測驗技術展望

摘要：傳統的河道流量測驗技術手段信息化技術程度不高，不能夠滿足新時期水利事業對河道流量測驗的要求。文章對傳統的河道流量測驗技術做出了陳述，并分析了現代適用性比較高的幾種河道流量測驗技術，進而針對未來河道流量測驗技術的發展做出了展望，旨在促進我國河道流量測驗技術及水利事業的健康發展。

關鍵詞：河道流量測驗技術；信息化技術；水利事業；水文測報；水資源評價 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV123 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

河道流量測驗技術在幾代水文人的不斷努力下已經取得了跨越式的進展，就目前情況而言，我國的河道流量測驗技術現在已經有了很大的改善，例如各種先進的科學儀器在河道流量測驗中的使用、水位、降水量能夠自動測報、測報數據實現了信息化傳輸等。但是我們不能忽略的是，任何新技術的發展和使用都是在經典技術理論的基礎上建立起來了，因此，我們不僅不能忽略河道流量測驗的經典技術理論，相反，應當加大對河道流量測驗的經典技術理論的研究力度并結合當前最先進的科學技術，從而實現我國河道流量測驗技術以及我國水利事業的進一步發展。

1 河道流量測驗的經典技術理論

眾所周知，河流斷面上的各個水質點的流速是不相同的，具體的流速分布情況被水利專家們稱為流速場。河道流量測驗的經典技術也被稱為流速-面積法，就是測驗出各個水質點的流速分布情況，進而將流速等直線圖繪制出來，然后通過計算兩相鄰等速線的均值乘以它們之間所夾的面積，并進行累加，從而得到具體的河道流量。例如，一個地區如果海拔高度在2000米左右，該地區上有平原、盆地、高山、峽谷等地形，那么我們在進行該地區的河道流量測驗時就要充分考慮到地形因素，從而使得測驗出來的數據真實可靠，一般都是通過河流的等高線來進行測驗，即首先測驗出相同等高線之間的面積，然后沿著高程的增高而進行累加，進而除以整個地區的河流面積就可以得到準確的河道流量。其用數學公式表達的話就是Q=V·A，即流量等于斷面平均流速乘以過水面積。當然，在實際的河道流量測驗中往往會受到很多因素的影響，對一個地區進行全面的測驗是不現實的，因此在實際工作中，測驗技術人員往往是在斷面的同一起點距上沿著水深垂直方向測驗n個點的流速，然后算出平均值，這就是在河道流量測驗的經典技術理論基礎上延伸出來的垂線平均流速測驗法，這種測驗技術不僅克服了經典技術理論過于理想化的缺點，更是有效地把一條垂線上本不相等的各個水質點流速變成了一條等速垂線，如此河道流量的測驗效率就得到很大的提高。但是，無論是多么先進的測驗儀器，其測驗出來的河道流量都只是“真值”或者說是相對真值，而不是完全精確的河道流量，其中是存在一定的誤

差的。

2 現代化河道流量測驗技術

近年來，隨著科學技術的不斷發展，各種聲學儀器和電子儀器的不斷出現可以說使得河道流量測驗出現了革命性的變革，也進一步推動了水利事業的跨越性發展。和傳統的流速儀法、浮標法、超聲波法相比，現代的河道流量測驗技術速度更快、效率更高、更精準。在計算機技術的支撐下，測驗儀器不僅隨時地可以收集大量的數據，更可以克服水流脈動等因素的影響，使人耳目一新。目前我國常使用的河道流量測驗技術有兩種，分別是利用時差法超聲波流速儀來測驗、利用聲學多普勒剖面流速儀來測驗。

2.1 時差法超聲波流速儀測驗技術

利用時差法超聲波流速儀來對河道流量進行測驗的工作原理就是通過河道一岸的儀器發射超聲波到對岸的固定裝置上，這樣一來，對岸的固定裝置在接受的聲波流速中就已經包含了水流的速度，然后利用數學公式就可以得到具體的水流速度，最后使用已經得到的水流速度乘以過水面積就可以得到具體的河道流量。值得注意的是，這種測驗技術的最大優勢就是可以最大限度地節省人力、物力資源，但其劣勢也是比較明顯的，即河道流速是受多種因素的影響的，雖然超聲波流速儀采用直線的方式盡可能地降低河道內部環境對測驗數據的影響，但是如果碰到情況復雜的河道，其測驗數據就會有一定的誤差，因此工作人員為了提高測驗的精準度，最好在水面以下的不同水深安裝多組測驗儀器，從而測取多條水平線的平均流速，保證測驗的數據盡可能的精準，一般來說，安裝的測驗儀器越多，其精準度也就

越高。

2.2 聲學多普勒剖面流速儀測驗技術

聲學多普勒剖面流速儀通常被稱作ADCP，其測驗河道流量的工作原理是如果振源發射的超聲波遇到物體（在河道中通常遇到水中的氣泡或者懸浮物等）時會發射反射，當振源和物體之間進行相對運動時，振源接受到的發射波頻率也會有著一定的變化，這種變化被專家成為頻移，也被稱作多普勒效應。ADCP測驗技術是目前應用必將廣的一種河道流量測驗技術，主要原因在于ADCP測驗技術相比于其他技術而言主要有以下四個

優勢：

一是ADCP測驗技術采用了寬帶信號處理技術，這種技術可以在保證測驗數據精準的情況下最大限度地提高河道流量測驗的空間分辨率和時間分辨率。

二是該技術的測量范圍比較大，如果我們使用的是600kzHzADCP，那么我們在實際工作中的測量剖面深度則在0.7～75米之間，這個測驗范圍基本上可以滿足大多數河道的測驗需要了。

三是能夠降低河道含沙量對測驗結果的影響，在我國北方河道的含沙量是比較高的，這給測驗工作帶來了很大的影響，而ADCP測驗技術的頻率比較低，從而可以更好地到達較大的剖面深度；四是操作簡單，能夠節省大量的人力物力，一臺ADCP儀器只需要兩個人就可以完成對河道流量的測驗，一個人操作計算機，另一個人操作儀器過河，一般來說，100米寬的河道大概只需要20分鐘左右的時間就可以完成測驗。

3 河道流量測驗技術的發展趨勢

河道流量測驗具有極其重要的作用，其不僅關系到水文水利資源計算和水資源評價，更關系到防洪安全，我國每年都耗費大量的人力物力來對河道流量進行測驗，為了降低河道流量的測驗成本，提高測驗效率，水文工作者一直在尋找減少流量測驗次數、縮短流量測驗時間的技術方法。近年來，隨著科學技術的不斷發展，基于聲學原理的河道流量自動測驗技術得到了水文工作者的廣泛關注并逐漸的應用于各大水文站。

對此，筆者認為，隨著《聲學多普勒測流規范》的頒布，基于聲學原理的自動測驗技術將會得到進一步的發展，其中時差法超聲波流速儀測驗技術和聲學多普勒剖面流速儀測驗技術將會是未來河道流量測驗技術的主要發展方向，其主要原因就在于這兩種技術不僅使用方便，而且不容易受到沖淤的影響。當然，其在選擇水層深度時需要做較多工作以及在水位變化較大情況下容易出現誤差等缺點也是未來我們亟需解決的問題。

參考文獻

[1] 吳燕.探討ADCP技術應用于河道流量測驗中的效果[J].河南科技，2014，（9）.

[2] 翟玲，王才.基于超聲波的污水流量測量系統的設計[J].科技信息（科學教研），2007，（18）.

[3] 薛慶蘭，熊珊珊，吳杰，歐陽文革，朱曉梅.用經典技術理論檢驗和認識河渠流量測驗新儀器新方法[J].水文，2009，（2）.

[4] 羅惠先.ADCP在河道流量測驗中的應用及誤差分析[J].廣西水利水電，2013，（6）.

作者簡介：和永場（1965-），男，河南西華人，河南省周口水文水資源勘測局高級工程師，研究方向：水文測報。

（責任編輯：蔣建華）