河道流量测验技术展望

摘要：传统的河道流量测验技术手段信息化技术程度不高，不能够满足新时期水利事业对河道流量测验的要求。文章对传统的河道流量测验技术做出了陈述，并分析了现代适用性比较高的几种河道流量测验技术，进而针对未来河道流量测验技术的发展做出了展望，旨在促进我国河道流量测验技术及水利事业的健康发展。

关键词：河道流量测验技术；信息化技术；水利事业；水文测报；水资源评价 文献标识码：A

中图分类号：TV123 文章编号：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.

河道流量测验技术在几代水文人的不断努力下已经取得了跨越式的进展，就目前情况而言，我国的河道流量测验技术现在已经有了很大的改善，例如各种先进的科学仪器在河道流量测验中的使用、水位、降水量能够自动测报、测报数据实现了信息化传输等。但是我们不能忽略的是，任何新技术的发展和使用都是在经典技术理论的基础上建立起来了，因此，我们不仅不能忽略河道流量测验的经典技术理论，相反，应当加大对河道流量测验的经典技术理论的研究力度并结合当前最先进的科学技术，从而实现我国河道流量测验技术以及我国水利事业的进一步发展。

1 河道流量测验的经典技术理论

众所周知，河流断面上的各个水质点的流速是不相同的，具体的流速分布情况被水利专家们称为流速场。河道流量测验的经典技术也被称为流速-面积法，就是测验出各个水质点的流速分布情况，进而将流速等直线图绘制出来，然后通过计算两相邻等速线的均值乘以它们之间所夹的面积，并进行累加，从而得到具体的河道流量。例如，一个地区如果海拔高度在2000米左右，该地区上有平原、盆地、高山、峡谷等地形，那么我们在进行该地区的河道流量测验时就要充分考虑到地形因素，从而使得测验出来的数据真实可靠，一般都是通过河流的等高线来进行测验，即首先测验出相同等高线之间的面积，然后沿着高程的增高而进行累加，进而除以整个地区的河流面积就可以得到准确的河道流量。其用数学公式表达的话就是Q=V・A，即流量等于断面平均流速乘以过水面积。当然，在实际的河道流量测验中往往会受到很多因素的影响，对一个地区进行全面的测验是不现实的，因此在实际工作中，测验技术人员往往是在断面的同一起点距上沿着水深垂直方向测验n个点的流速，然后算出平均值，这就是在河道流量测验的经典技术理论基础上延伸出来的垂线平均流速测验法，这种测验技术不仅克服了经典技术理论过于理想化的缺点，更是有效地把一条垂线上本不相等的各个水质点流速变成了一条等速垂线，如此河道流量的测验效率就得到很大的提高。但是，无论是多么先进的测验仪器，其测验出来的河道流量都只是“真值”或者说是相对真值，而不是完全精确的河道流量，其中是存在一定的误

差的。

2 现代化河道流量测验技术

近年来，随着科学技术的不断发展，各种声学仪器和电子仪器的不断出现可以说使得河道流量测验出现了革命性的变革，也进一步推动了水利事业的跨越性发展。和传统的流速仪法、浮标法、超声波法相比，现代的河道流量测验技术速度更快、效率更高、更精准。在计算机技术的支撑下，测验仪器不仅随时地可以收集大量的数据，更可以克服水流脉动等因素的影响，使人耳目一新。目前我国常使用的河道流量测验技术有两种，分别是利用时差法超声波流速仪来测验、利用声学多普勒剖面流速仪来测验。

2.1 时差法超声波流速仪测验技术

利用时差法超声波流速仪来对河道流量进行测验的工作原理就是通过河道一岸的仪器发射超声波到对岸的固定装置上，这样一来，对岸的固定装置在接受的声波流速中就已经包含了水流的速度，然后利用数学公式就可以得到具体的水流速度，最后使用已经得到的水流速度乘以过水面积就可以得到具体的河道流量。值得注意的是，这种测验技术的最大优势就是可以最大限度地节省人力、物力资源，但其劣势也是比较明显的，即河道流速是受多种因素的影响的，虽然超声波流速仪采用直线的方式尽可能地降低河道内部环境对测验数据的影响，但是如果碰到情况复杂的河道，其测验数据就会有一定的误差，因此工作人员为了提高测验的精准度，最好在水面以下的不同水深安装多组测验仪器，从而测取多条水平线的平均流速，保证测验的数据尽可能的精准，一般来说，安装的测验仪器越多，其精准度也就

越高。

2.2 声学多普勒剖面流速仪测验技术

声学多普勒剖面流速仪通常被称作ADCP，其测验河道流量的工作原理是如果振源发射的超声波遇到物体（在河道中通常遇到水中的气泡或者悬浮物等）时会发射反射，当振源和物体之间进行相对运动时，振源接受到的发射波频率也会有着一定的变化，这种变化被专家成为频移，也被称作多普勒效应。ADCP测验技术是目前应用必将广的一种河道流量测验技术，主要原因在于ADCP测验技术相比于其他技术而言主要有以下四个

优势：

一是ADCP测验技术采用了宽带信号处理技术，这种技术可以在保证测验数据精准的情况下最大限度地提高河道流量测验的空间分辨率和时间分辨率。

二是该技术的测量范围比较大，如果我们使用的是600kzHzADCP，那么我们在实际工作中的测量剖面深度则在0.7～75米之间，这个测验范围基本上可以满足大多数河道的测验需要了。

三是能够降低河道含沙量对测验结果的影响，在我国北方河道的含沙量是比较高的，这给测验工作带来了很大的影响，而ADCP测验技术的频率比较低，从而可以更好地到达较大的剖面深度；四是操作简单，能够节省大量的人力物力，一台ADCP仪器只需要两个人就可以完成对河道流量的测验，一个人操作计算机，另一个人操作仪器过河，一般来说，100米宽的河道大概只需要20分钟左右的时间就可以完成测验。

3 河道流量测验技术的发展趋势

河道流量测验具有极其重要的作用，其不仅关系到水文水利资源计算和水资源评价，更关系到防洪安全，我国每年都耗费大量的人力物力来对河道流量进行测验，为了降低河道流量的测验成本，提高测验效率，水文工作者一直在寻找减少流量测验次数、缩短流量测验时间的技术方法。近年来，随着科学技术的不断发展，基于声学原理的河道流量自动测验技术得到了水文工作者的广泛关注并逐渐的应用于各大水文站。

对此，笔者认为，随着《声学多普勒测流规范》的颁布，基于声学原理的自动测验技术将会得到进一步的发展，其中时差法超声波流速仪测验技术和声学多普勒剖面流速仪测验技术将会是未来河道流量测验技术的主要发展方向，其主要原因就在于这两种技术不仅使用方便，而且不容易受到冲淤的影响。当然，其在选择水层深度时需要做较多工作以及在水位变化较大情况下容易出现误差等缺点也是未来我们亟需解决的问题。

参考文献

[1] 吴燕.探讨ADCP技术应用于河道流量测验中的效果[J].河南科技，2014，（9）.

[2] 翟玲，王才.基于超声波的污水流量测量系统的设计[J].科技信息（科学教研），2007，（18）.

[3] 薛庆兰，熊珊珊，吴杰，欧阳，朱晓梅.用经典技术理论检验和认识河渠流量测验新仪器新方法[J].水文，2009，（2）.

[4] 罗惠先.ADCP在河道流量测验中的应用及误差分析[J].广西水利水电，2013，（6）.

作者简介：和永场（1965-），男，河南西华人，河南省周口水文水资源勘测局高级工程师，研究方向：水文测报。