河道（明渠）型流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站測(cè)流方案

目前河道（明渠）流量測(cè)量的方法有：①流速面積法；②超聲波時(shí)差法; ③側(cè)視式聲學(xué)多普勒流速剖面儀法（水平式ADCP或H-ADCP）；④走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀法（也稱走航式ADCP）；⑤水工建筑物測(cè)流法；⑥堰槽法；⑦比降面積法。

超聲波時(shí)差法和側(cè)視式聲學(xué)多普勒流速剖面儀法兩種測(cè)流方法可實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)測(cè)流。兩種測(cè)流方法相比，聲學(xué)多普勒流速剖面儀法安裝容易，投資?。粫r(shí)差法安裝復(fù)雜，投資高，但精度和穩(wěn)定性高。水工建筑物測(cè)流法和比降面積法在精度不高的要求下可以作為在線測(cè)流，堰槽法精度較高，但只能適用于較小的流量測(cè)驗(yàn)。其他方法不適用于在線自動(dòng)測(cè)流。

（1）流速面積法

流速面積法是江河最常用的流量測(cè)驗(yàn)方法，其測(cè)驗(yàn)精度較高，但測(cè)驗(yàn)歷時(shí)長(zhǎng)，測(cè)驗(yàn)工作量大，需要渡河設(shè)施設(shè)備。難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

（2）超聲波時(shí)差法

超聲波時(shí)差法測(cè)量流速適用于較穩(wěn)定、有一定水深的斷面，另外須借用斷面面積（另用人工方法測(cè)量）和用流速儀等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)流設(shè)備標(biāo)定流量系數(shù)后，才能保證精度。

該儀器的最大特點(diǎn)是可做到在線連續(xù)測(cè)量，缺點(diǎn)是在斷面較寬、水淺和含沙量較高的條件下無法使用。另外，由于換能器安裝在河的兩岸，增加了工程量和投資。

（3）側(cè)視式聲學(xué)多普勒流速剖面儀法

側(cè)視式聲學(xué)多普勒流速剖面儀法(H-ADCP)具有安裝容易、操作簡(jiǎn)便、不易受生物附著影響、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，但不適宜在大跨度河道以及含沙量較大、水深較淺的河床，仍需要借用斷面計(jì)算流量。

根據(jù)預(yù)先建立的數(shù)學(xué)模型得到斷面平均流速，再根據(jù)借用的河道過流面積計(jì)算出流量值。流量精度主要取決于借用斷面面積的精度、建立數(shù)學(xué)模型的精度或率定的精度。

（4）走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀法

走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀法（ADP或ADCP）是一種需渡河載體（如小船、纜道）的測(cè)流方法，在渡河的同時(shí)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)驗(yàn)。因?yàn)樗淮文芡瑫r(shí)測(cè)出河床的斷面形狀、水深、流速和流量，適用面寬且精度高，適用于大江大河的流量監(jiān)測(cè)。走航式聲學(xué)多普勒水流剖面儀測(cè)量精度較高，使用方便，但需要人工攜帶操作，無法做到在線測(cè)量。

（5）水工建筑物測(cè)流法

該方法是根據(jù)閘門上下游水位及閘門開度，通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出閘門過水流量。其優(yōu)點(diǎn)是只要準(zhǔn)確地測(cè)量出上下游水位及閘門開度，即可換算出過閘流量，不足之處是需人工進(jìn)行標(biāo)定，需建立經(jīng)驗(yàn)公式的相關(guān)系數(shù)。

水工建筑物測(cè)流法是一種最常用的方法，能達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要，但由于受水工建筑物的結(jié)構(gòu)、閘門形狀和下游出水流態(tài)等多種因素影響，流量系數(shù)需要通過人工測(cè)量來確定，測(cè)量精度不太高。不過，由于測(cè)量簡(jiǎn)單并可連續(xù)工作，水工建筑物測(cè)量法目前仍不失為一種較實(shí)際又可行的方法。

（6）堰槽法

采用專門制造的測(cè)流堰槽或現(xiàn)場(chǎng)制作的測(cè)流堰槽，根據(jù)過堰水流的水位，通過水力學(xué)公式可計(jì)算出通過堰槽的流量。

（7）比降面積法

通過選取符合一定標(biāo)準(zhǔn)的河道或人工整治河道，得到比降穩(wěn)定、河道順直的河段，測(cè)量河段上下游的水位，計(jì)算到河道比降，采用借用或?qū)崪y(cè)斷面，利用水力學(xué)公式計(jì)算得到河段通過的流量。

管道型取水流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站測(cè)流方案

目前管道流量測(cè)量的方式有：①聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)；②聲學(xué)多普勒管道流量計(jì)； ③電磁管道流量計(jì)；④冷水水表以及電子遠(yuǎn)傳水表；⑤渦街流量計(jì)；⑥由泵站機(jī)組特性曲線推算流量。

根據(jù)水資源監(jiān)控所涉及取水口的特點(diǎn)，對(duì)于取水口管徑大于300mm的取水口，宜采用電磁流量計(jì)或聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)、聲學(xué)多普勒管道流量計(jì)，對(duì)于管徑小于300mm的取水口，宜采用電子遠(yuǎn)傳水表。

（1）聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)

聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)可測(cè)量滿管水流的某一個(gè)或幾個(gè)直徑的平均流速，也可測(cè)量平行的幾個(gè)水層的平均流速，由測(cè)得流速推算管道平均流速，再依據(jù)管道過水?dāng)嗝婷娣e推算流量。聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)分為換能器和主機(jī)兩部分，用專用電纜連接。

聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)通常用于圓形管道，也可用于各種形狀的過水涵洞，但應(yīng)根據(jù)過水涵洞形狀的不同確定不同的流量計(jì)算方法。用于圓形管道時(shí)，其技術(shù)要求應(yīng)符合CJ/T 3063 規(guī)定。

一般只使用單路（聲束）的流量計(jì)。管道直徑很大時(shí)，管內(nèi)水流干擾較大，或流量測(cè)量準(zhǔn)確性要求高時(shí)，應(yīng)使用多路（聲束）的流量計(jì)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)以上直徑（或水層）的流速。

聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)應(yīng)具有以下基本功能：

①自動(dòng)（定時(shí)）測(cè)量管道內(nèi)一個(gè)或幾個(gè)聲束上的平均流速；②自動(dòng)按已率定的計(jì)算公式計(jì)算出流量；③自動(dòng)計(jì)算出累積水量；④顯示流速、流量、累積水量；⑤應(yīng)有抗電磁干擾的能力。

聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)可具有以下功能：

①自動(dòng)記錄測(cè)得的流速、流量、累積水量；②具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以輸出測(cè)得數(shù)據(jù)；③可以置入相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)，如測(cè)量時(shí)間間隔、計(jì)算流量所需參數(shù)等。

聲學(xué)時(shí)差法管道流量計(jì)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：

①應(yīng)能適應(yīng)含沙量不大于10kg/m3的水流；②流量測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)分為0.5、1.0、1.5、2.5、5.0五級(jí)，一般應(yīng)用1.5級(jí)和2.5級(jí)。

（2）聲學(xué)多普勒管道流量計(jì)

聲學(xué)多普勒管道流量計(jì)是應(yīng)用多普勒原理測(cè)量管道內(nèi)的流速分布，由測(cè)得流速推求管道內(nèi)平均流速，再根據(jù)管道內(nèi)徑推算流量。

聲學(xué)多普勒管道流量計(jì)應(yīng)具有以下基本功能：

①自動(dòng)（定時(shí)）測(cè)量管道內(nèi)一個(gè)或幾個(gè)聲束上的平均流速；②自動(dòng)按已率定的計(jì)算公式計(jì)算出流量；③自動(dòng)計(jì)算出累積水量；④顯示流速、流量、累積水量；⑤應(yīng)有抗電磁干擾的能力 。

聲學(xué)多普勒管道流量計(jì)可具有以下功能：

①能自動(dòng)記錄測(cè)得的流速、流量、累積水量；②具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以輸出測(cè)得數(shù)據(jù)；③可以置入相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)，如測(cè)量時(shí)間間隔、計(jì)算流量所需參數(shù)等。

聲學(xué)多普勒管道流量計(jì)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：

①適用含沙量的下限不大于0.06kg/m3；②流量測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)分為1.5、2.0、2.5三級(jí)。

（3）電磁管道流量計(jì)

電磁管道流量計(jì)是應(yīng)用電磁原理測(cè)量管道中水流平均速度，由管道內(nèi)徑推算流量。電磁管道流量計(jì)有分離型和一體型兩種型式。分離型的傳感器和轉(zhuǎn)換器是分開的，用電纜連接。一體型的傳感器和轉(zhuǎn)換器是一個(gè)整體，一起安裝在管道上。

電磁管道流量計(jì)應(yīng)具有以下基本功能：

①能自動(dòng)測(cè)量管道內(nèi)的平均流速，并轉(zhuǎn)換成流量；②能自動(dòng)計(jì)算累積水量；③能顯示平均流速、流量、累積水量；④應(yīng)有抗電磁干擾的能力。

電磁管道流量計(jì)可具有以下功能：

①能自動(dòng)記錄測(cè)得的平均流速、流量、累積水量；②具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可以輸出測(cè)得數(shù)據(jù)；③可以置入相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)，如測(cè)量時(shí)間間隔，以及其他所需參數(shù)。

電磁管道流量計(jì)應(yīng)符合以下技術(shù)要求：

①測(cè)量的流速上限范圍為0.5～10m/s，下限值應(yīng)為上限值的1%～5%；②流量測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí)分為0.2、0.5、1.0、1.5、2.5五級(jí)，一般應(yīng)用1.5級(jí)、2.5級(jí)。

（4）冷水水表及電子遠(yuǎn)傳水表

冷水水表以及電子遠(yuǎn)傳水表應(yīng)符合以下規(guī)定：

冷水水表用于管道常溫水流量計(jì)量，水溫應(yīng)小于30℃。

普通的冷水水表的讀數(shù)顯示水的體積流量總量（m3），此讀數(shù)可以是模擬式（指針或圓形標(biāo)尺），也可以是數(shù)字式（機(jī)械數(shù)字）。這些讀數(shù)顯示只能用人工判讀。

在冷水水表（基表）的基礎(chǔ)上，增加水流量信號(hào)的機(jī)電轉(zhuǎn)換單元和信號(hào)處理單元，構(gòu)成電子遠(yuǎn)傳水表。電子遠(yuǎn)傳水表應(yīng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與信息存儲(chǔ)、信號(hào)遠(yuǎn)傳傳輸?shù)裙δ埽糜谒孔詣?dòng)監(jiān)測(cè)。

冷水水表應(yīng)具有以下功能：

①能方便地接入各種常用管道內(nèi)；②能讀出累積水量。

冷水水表應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：

① 流量計(jì)量最大允許誤差，流量測(cè)量范圍的低端為±5%，流量測(cè)量范圍的其余部分為±2%。流量測(cè)量范圍應(yīng)符合GB/T 778.1的規(guī)定。② 用于原水計(jì)量時(shí)，應(yīng)能適應(yīng)可能的含沙量。③有外殼防護(hù)等級(jí)要求。④ 有適用水質(zhì)的要求。

電子遠(yuǎn)傳水表應(yīng)滿足以下技術(shù)要求：

① 符合冷水水表的技術(shù)要求；② 具有抗電磁干擾的規(guī)定；③ 能保證在停電、強(qiáng)磁場(chǎng)等情況下，仍能自動(dòng)計(jì)量水量；④ 保證已記錄數(shù)據(jù)不會(huì)丟失；⑤ 低功耗，可采用間歇式供電工作方式；⑥ 傳輸規(guī)約符合水資源相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

地表水、地下水水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)站測(cè)量方案

（1）浮子式水位計(jì)

浮子式水位計(jì)為目前國(guó)內(nèi)水利部門大量使用的成熟產(chǎn)品，可用于測(cè)量天然水體水位的變化，適用于江河、湖泊、水庫、河口、渠道、船閘、地下水、大壩測(cè)壓管及多種水工建筑物處的水位測(cè)量。

以浮子感應(yīng)水位，軸角編碼器編碼的機(jī)械式有線遙測(cè)水位計(jì)的工作原理是：在測(cè)站水位計(jì)井臺(tái)的測(cè)井中，安裝一個(gè)浮子，作為水位傳感組件。當(dāng)水位變化時(shí)，浮子靈敏地對(duì)應(yīng)水位作相應(yīng)的漲落運(yùn)動(dòng)，同時(shí)把此水位直線運(yùn)動(dòng)借助懸索傳遞給水位輪，使水位輪產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，并將直線位移量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。

（2）壓力式水位計(jì)

壓力式水位計(jì)測(cè)量精度高，無需建井，只需鋪設(shè)一根電纜到河底即可測(cè)量水位。地下水位測(cè)量也大量使用壓力式水位計(jì)，它可以方便地測(cè)量深井的水位。使用時(shí)要注意定時(shí)率定。

（3）超聲波水位計(jì)

超聲波水位計(jì)也可以沒有水井，它的優(yōu)點(diǎn)是用一根桿子支在水面上即可測(cè)量水位，價(jià)格比較便宜，當(dāng)氣溫變化的時(shí)候會(huì)造成水位測(cè)量的誤差。

（4）雷達(dá)水位計(jì)

雷達(dá)水位計(jì)的安裝方式和超聲波水位計(jì)一樣，用一根桿子支在水面上即可測(cè)量水位，它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定，但價(jià)格較貴。雷達(dá)式水位計(jì)采用非接觸式測(cè)量方法，它的探頭集發(fā)射器和接收器為一體，探頭天線以波束的形式發(fā)射6.3G或26GHz的電磁波信號(hào)，被測(cè)介質(zhì)反射回來的回波被天線接收，電子部分通過分析、計(jì)算雷達(dá)脈沖從發(fā)射到接收的運(yùn)行時(shí)間給出探頭到介質(zhì)表面的距離，輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。

在以上幾種測(cè)量方案中，浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、雷達(dá)水位計(jì)均能滿足水位測(cè)量規(guī)范的精度要求，超聲波水位計(jì)精度略偏低，一般只在其他水位計(jì)無法安裝的環(huán)境中選用。浮子式水位計(jì)穩(wěn)定可靠，但必須在建有測(cè)井的條件下使用，相對(duì)其他幾種水位計(jì)而言性價(jià)比較好。建議對(duì)地表水盡可能采用浮子式水位計(jì)，不適宜采用浮子式水位計(jì)測(cè)量的采用其他幾類水位計(jì)。地下水井直徑和測(cè)深有條件的可用浮子式水位計(jì)，沒有條件的采用壓力式水位計(jì)。