河道流速测量方法有哪些?

2023年03月13日 15:37

  河流流速测量在水文工作中是很重要的,它是水利水电工程规划、设计、施工、运营及管理等各个环节的基础工作。河道流速测量对水文分析和水环境保护具有重要意义。

  河流流速测量可以在野外测量,也可以在室内完成,本文主要介绍了河流流速的现场测量方法。

  目前国内外河流流量测量主要采用流速仪法,分为接触式和非接触式两种:

  接触式流速仪又分为超声波流量计和光电流量计;

  非接触式流量监测主要包括超声波流量计、雷达流量计、声波多普勒法等。

  一、常用的几种测流方法

  常用的河流测流方法有以下几种:

  1、流速仪法。这种方法主要用于中小河流,其测量原理为利用流速仪在被测河段内固定的测点上,连续多次测定同一断面上的流速,求得测点处的平均流速和断面平均流速。

  2、超声波流量计。这种方法主要用于江河、水库和湖泊等大尺度水体的流量测量,其原理是根据声波在水中传播速度不同,声波与水中不同介质(如沙、卵石、岩石等)发生作用时,在水中传播的距离不同而测得流量。

  3、雷达流量测验法。这种方法是利用雷达波遇到障碍物后反射回来的时间来计算目标和障碍物间距离的测量方法,根据雷达波速与障碍物的距离可以计算出流量。

  二、超声波流量计法

  超声波流量计法利用声速与流量成正比的原理来测定流速,根据不同的原理,有基于声速与流速和角度相关的双脉冲多普勒(CDA)法、基于超声波传播速度差和角度的双脉冲多普勒(CDDT)法、基于时差(RTD)的双脉冲多普勒法及基于两个信号之间相位差的单脉冲多普勒法等。

  三、雷达流速计法

  雷达流速计是一种利用多普勒效应原理,采用先进的光电测量技术、计算机技术,通过对雷达波的发射和接收,测出不同时刻的雷达波反射回波数量,并将其转换为电信号,利用相应的算法和技术,计算出水体的流速和流量。

  雷达流速计法适用于水中固定平台及流动平台上的流量测量。目前常用的测量方法是超声波流速计法和声波多普勒流速计法。雷达流速计法利用电磁波反射原理,采用多普勒原理来测量流速,对环境要求较低,不受天气影响。

  四、超声波多普勒测流法

  超声波多普勒测流是通过对超声波换能器发射与接收的时间间隔进行测量,以获得不同时刻的多普勒频移,根据多普勒频移计算出不同时刻的流量。这种方法是基于声波与超声的多普勒效应来实现流量测量的,通常简称为超声波多普勒测流法。超声波多普勒测流法主要有两种形式:一种是利用超声波在水中传播时在水中不同位置产生频率差异,从而测量其到达传感器的时间差,最后通过时差计算出流量。另一种是将超声波换能器装在水中,以声波传播距离为横轴,声强为纵轴做一直线来确定声波的速度,然后将超声波换能器布置在直线上,通过测量其到达传感器的时间差来计算流量。

  五、非接触式测量技术

  非接触式流量监测是在各种水力要素(包括流速、水位、流量等)的测量过程中,采用非接触的方式采集数据。由于非接触测量方式可以减少对被测对象的影响,因此在测量过程中不会对被测对象造成损伤,使用安全可靠。同时非接触式监测还具有现场安装方便、一次性投资少、便于数据的处理分析等优点。

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