河道测流为什么只能用多普勒超声波来测？

2 E5 ]7 z! W0 e5 c% C; S- L2 ?

声学多普勒原理的流量测验技术已得到广泛重视，越来越多的 水文站，特别是复杂流态条件下的水文站在逐步推广使用走航式 ADCP进行流量测验。但目前仍有较多水文站不适于使用，可因地制宜选择适合的流量快速测验设备。

一、超声波流速仪

超声波测速的主要方法是时差法和多普勒法。

" c6 q) d7 K4 H X

( 一 )超声波时差法：工作原理是根据声波在静水中传播时，在水的温度、密度、盐度一定时，声速是恒定的，如果水是流动的，那么声波顺水传播的速度为声速加上水速，逆水时为声速减去水速。利用这个原理，在测流断面上下游某一水层两岸各安装一声学探头，与水流呈 45°角，测出顺流、逆流时两探头间声波传播的时间差，再根据二探头间距离和当时水中声速 (静水 )就可计算出断面上这一水层的平均流速。进而推算出断面平均流速和断面流量，以实现流量的快速测量。如果需要测定若干水深的流速，例如在间隙性发生上游来水的感潮河段，可以在断面上安装多套发射和接收装置。

2 y6 @8 Y1 c3 V* h8 b* f

超声波时差法仅适用于中速和低含沙量的水中。安装探头的河岸要求比较陡直稳定，不易淤积。国外较多的中小河流 水文站流量在线监测基本上都使用这种方法。

% Z4 _# A, @/ Y0 |) A/ _7 L/ o

此种方法不适用于水位变动很大的河流，对于一些比较脏的水质的话，这个 精度也是非常差的，慎重考虑。

. l, E/ y+ a/ S% h" _4 [9 k

( 二 )多普勒超声流速仪

0 H- q- i' w" M+ ]3 C

1．点流速仪：探头很小，非常适用于涉水测验。也具有长期运行、自动测量和自动存储数据等功能，国外巡测使用较多。

# z6 J8 F7 @8 z! O& _1 t* q

, y, A N7 m; N, O7 B

2．声学多普勒剖面流速仪（除走航式获得普遍应用外，按安装方式分述如下）：

6 ?+ t3 x1 y* D6 y* @

(1) 水平式

^4 h a+ x6 j# }, |

水平式声学多普勒 (如 H-ADCP)流速仪利用声学多普勒原理测量流速。通常水平式声学多普勒流速仪安装在河流或渠道的岸边，探头上的声学换能器发出声波脉冲。同时接收各时间的回波，水平发射波束涵盖部分或整个宽度的水体，由回波时间的不同，判别相应测点离探头的距离。对每一回波的多普勒频移进行计算，得到探测水层各测点的流速分布，这样实时测量一个水层的流速分布。利用水平式声学多普勒流速仪提供的流速数据以及率定好的水平剖面流速与断面平均流速的关系模型实时计算河流或渠道的流量。

% p |! V) h0 B, U

(2) 座底 (或浮标 )式代表线法

座底 (或浮标 )式代表线法多普勒测流是将探头安装在测流断面某一处 (或几处 )流速有代表性的垂线河底 (或水面 )，换能器向上 (或下 )方发射声波，测得探头上 (或下 )方这一垂线上的流速分布，同时测得水位。根据代表线流速与断面平均流速的关系模型推算断面平均流速，进而计算断面流量。

二、电波流速仪

电波流速仪也是一种利用多普勒原理的测速 仪器，但使用电磁波 (频率高达 10GHz，属微波波段 )。使用电波流速仪属于非接触式测量，很适合桥测、巡测。当发生洪水时，测船、缆道都难以用于测速，这时如果有合适的桥梁可以利用，使用电波流速仪来代替浮标测流将是最佳的选择。目前，日本和韩国生产并使用一定的电波流速仪。日本在一座桥上安装 10台套电波流速仪进行流量在线监测。

4 b7 v, D6 Z9 E. k: ], v [

三、电磁式流速仪

电磁流速仪是通过在 传感器周围水域产生一个电磁场，并把水体作为一种导体来测定流速的。 仪器在传感器电极上测得的电压与磁场平面垂直方向的流速成比例。测得的是河段平均流速，且适用于很规范的小河，使用局限性大，价格也高 ,大多数国家不使用这种装置。紧凑的点流速地磁式流速仪相当牢固，没有可拆部件。 仪器既可在定期巡测中按便携方式使用，也能安装在一个固定测点进行永久性连续使用。这些仪器所遇到的问题包括电极的赃污和区域内地磁场的干扰等，价格也高。

因此这种方式很少被应用。

0 t% v9 v8 X4 W. P' y ( C& z% X% y4 E