流速流量監(jiān)測

流速流量監(jiān)測第1頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月HADCP測流

利用多普勒原理的聲學(xué)多普勒剖面流速儀（ADCP)）測流技術(shù)在國際上已發(fā)展已趨成熟。本系統(tǒng)的流速傳感器采用側(cè)視水平ADCP（即H-ADCP），由于其安裝在河流或渠道的岸邊，水平發(fā)射波束涵蓋部分或整個寬度的水體，根據(jù)測得的一個水層的流速分布數(shù)據(jù)，結(jié)合“回歸法”或“流速一面積法”能實(shí)時測量并記錄河流或渠道的剖面流量，配合各種通訊手段，將測得的流量數(shù)據(jù)發(fā)至指定地點(diǎn)，構(gòu)成RTDM實(shí)時流量測量系統(tǒng)第2頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月用HADCP進(jìn)行流速流量自動監(jiān)測第3頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月HADCP傳感器美國地調(diào)局USGS第4頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)用HADCP的流速流量測量系統(tǒng)組成1.

雙波束HADCP：一個水層的流速測量，水位測量2.

計算機(jī)、（系統(tǒng)主機(jī)）：流速、水位數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、計算流量、多信道數(shù)據(jù)通訊接口。3.

電纜及安裝支架

第5頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月時差法測速原理

當(dāng)水流狀況一定時，超聲波的傳播速度是一定的。順?biāo)鱾鞑r，實(shí)際傳播速度為聲速加上水流速度；逆水傳播時，實(shí)際傳播速度為聲速減去水流速度。于是，在河流上、下游二固定點(diǎn)之間，聲波順?biāo)湍嫠畟鞑ニ钑r間有一差別，測出這時間差別就能測得水流速度。

第6頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月時差法流速流量計算式中：V---垂直于測流斷面的水層平均流速；L---兩換能器之間的距離；t12---兩換能器之間聲波順?biāo)畟鬏敃r間；t21---兩換能器之間聲波逆水傳輸時間；θ---兩換能器之間聯(lián)線與斷面夾角，一般為45o。第7頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月時差法在現(xiàn)場的示意圖第8頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月時差法測流系統(tǒng)

岸上儀器超聲傳感器第9頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月一種時差法流量計第10頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月一種國產(chǎn)時差法流量計第11頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月時差法測流系統(tǒng)美國地調(diào)局USGS第12頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月時差法反射測速原理第14頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲學(xué)時差法流量計適用范圍流速——－10米/秒~+10米/秒,能自動判定流向。測速斷面——寬度可達(dá)1000米，深寬比不小于1/50。流速測量的不確定度——1～3％。影響測流的主要因素——聲波頻率、含沙量（水草氣泡）、測速層的相對水深、傳感器安裝角度及距離的準(zhǔn)確性等。第15頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月時差法流速流量計基本性能介紹一種國產(chǎn)產(chǎn)品的基本性能：⑵工作頻率：50KH-100KH；⑶聲道長度：0.5-400m；⑷測速范圍：-4m/s-+4m/s；⑸測速置信度：≥98%；⑺信號輸出：RS232；⑻功耗：5-40W；⑼電源：24VDC、或220VAC。

一種國外產(chǎn)品的技術(shù)性能A．頻率：28~200KHZ；B．水中聲道長度：1~1000m（或更長）；C．測速范圍：±10m/s；D．測速準(zhǔn)確度：±2%（在聲道上）；±5%（交叉聲道工作方式）E．測速時間間隔：2、5~60min（5min間隔）；F．輸出：RS232和BCD碼，0或4~20mA，0~5或10V，數(shù)字顯示；G．電源：220VAC，工作功耗35VA，值守功耗5VA。

第16頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲學(xué)時差法流量計的特性可以用于各種大中小河流，能較準(zhǔn)確地自動測量流量。流態(tài)紊亂，有正逆流的感潮河段也可以應(yīng)用。測量原理合理，能測得全斷面一個或幾個水層的平均流速，測速準(zhǔn)確度高。在國外，時差法流量計很早就被較廣泛地采用。HADCP是二十世紀(jì)末出現(xiàn)的、用于中小河流的聲學(xué)流量計。使用時差法流量計要在河的兩岸安裝聲學(xué)換能器，要鋪設(shè)很長的電纜，可能包括垮河電纜，并要有防雷保護(hù)，可能有很多困難。不要在水草較多的河道安裝時差法流量計，聲程上的水草會阻擋聲束傳播，因光合作用水草冒出的氣泡也會阻擋聲束傳播。其它的水中聲學(xué)儀器也會受此影響。

第17頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月

時差法流量計的測速性能優(yōu)于HADCP

測速準(zhǔn)確性好——時差法測速時直接接收另一換能器發(fā)射的聲波，信號強(qiáng)，接收判別處理正確。直接測量聲脈沖傳輸時間，容易準(zhǔn)確測量。多普勒法接收的是水中氣泡、顆粒漂浮物的雜亂回波，信號很弱，不利于正確測量。同時假定兩對稱點(diǎn)和斷面上相應(yīng)點(diǎn)的流速是一致的，不易準(zhǔn)確測量。流速代表性好——時差法的聲道橫過了整個斷面。HADCP往往只能測量岸邊一部分?jǐn)嗝娴乃畬恿魉佟?yīng)用范圍大——時差法可以測得較低流速，并能在很淺的水中工作，測速水層可寬達(dá)千米以上。而HADCP對斷面的寬深比有明確要求。常常只能測得數(shù)十米內(nèi)的流速。

HADCP能測得流速的剖面分布信息，而時差法只能測得整個聲層上的平均流速。第18頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月聲學(xué)多普勒流速流量計

這類儀器也應(yīng)用多普勒原理測量流速，和座底式ADCP差不多。將聲學(xué)傳感器安裝在測流斷面底部，向上方發(fā)射聲波，測量斷面上的流速分布，同時測得水位。但它們能測量多于一條垂線的流速數(shù)據(jù)，用于渠道、管道和小河時能直接得到流量。特點(diǎn)：能直接測量流量。適用于渠道、小河、非滿管流的管道。儀器類型：能測量兩條垂線流速的ADFM。能測量小型斷面平均流速的多普勒流速流量計。

第19頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月能測量兩條垂線流速的ADFM

（用于渠道）第20頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月能測量兩條垂線流速的ADFM

（用于非滿管管道）第21頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月ADFM

傳感器岸上儀器第22頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月能測量小型斷面平均流速的多普勒流

速流量計原理圖第23頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁法測量流量應(yīng)用電磁流量計要在所測斷面上布設(shè)一個能在整個斷面上產(chǎn)生磁場的大線圈，整個水流切割磁力線后產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，測量此電動勢后得到水流速度，再由斷面面積計算流量。這種儀器國內(nèi)應(yīng)用極少。特點(diǎn)：能測量整個斷面的平均流速。自動化程度高。測流系統(tǒng)復(fù)雜，布設(shè)線圈很困難。只能用于渠道和少量小河。第24頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁流量計原理圖第25頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁流量計布設(shè)第26頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月測量水面流速的流速儀和流量測量

只測量水面流速，再從表面流速推求垂線或斷面平均流速。然后，根據(jù)浮標(biāo)法測流規(guī)定，由過水?dāng)嗝婷娣e計算流量。特點(diǎn)：——測速時，儀器和人都不接觸水流。適用于巡測、橋測、洪水、枯季河道流量測量。

——除浮標(biāo)法外，能用于自動測量。

——流量測量的準(zhǔn)確性不高。測量水面流速的方法有：

浮標(biāo)法

電波流速儀

掃描式雷達(dá)測速系統(tǒng)第27頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月電波流速儀簡介

電波流速儀架在橋上或岸上，向水面發(fā)射微波。利用水面反射微波的多普勒頻移測量水面流速，可以稱為微波多普勒測速儀。超聲波在空氣中傳播時衰減很快，只能在水中測量。而微波在空氣中傳播時衰減很小，因此電波流速儀可以在陸上通過微波在空氣中的傳輸測得水面流速，屬非接觸式測量。電波流速儀測得的是其發(fā)射接收天線對準(zhǔn)水面處的水面流速，也被認(rèn)為是一個‘點(diǎn)流速’。適用于較大流速。水面太平滑時，反射信號太弱，也會影響測速。第28頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月電波流速儀測速原理示意圖第29頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月LD15-1型電波流速儀LD15-1RadarCurrentMeter儀器性能指標(biāo):(Specification)1．測量范圍：流速0.5~15m/s。

MeasurementRange：（V）0.5~15m/s.2．測量角度：(必要時可達(dá)60°)

俯角（θ1）20~60°

方位角(θ2)0~30°MeasurementAngle：

angleofpitch（θ1）20~60°angleofposition(θ2)0~30°(specialapplication:60°)3．測量時段：（T）10，…999秒任意選擇

(必要時可小于10秒<10s)Measurementperiodset：（T）10，…999s

（T）10，…999srandomlyselected，10秒<10s國家技術(shù)監(jiān)督局2000年3月19日頒發(fā)本產(chǎn)品的生產(chǎn)許可證。編號為：XK34-132-0028制造廠家：水利部南京水利水文自動化研究所第30頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月SVR-VP電波流速儀VelocityRadarGun

技術(shù)指標(biāo)Specification

1．單人使用，總重1.3公斤，手持測量或置于三腳架上。

2．內(nèi)置可充電電池，連續(xù)工作8小時

3．內(nèi)置俯仰角傳感器,俯仰角自動改正，手動選擇水平角。

4．抗正常跌落，防雨淋。

5．測速范圍1-13米/秒,測速精度0.03米/秒

6．環(huán)境溫度-30～+70℃。

7．電波發(fā)射錐度角12度。

8．電波發(fā)射標(biāo)稱功率10毫瓦。

9．電波頻率24GHz。制造廠家：美國德卡托電子公司

第31頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月固定自動測流的電波流速儀第32頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月掃描式雷達(dá)測速系統(tǒng)將雷達(dá)掃描技術(shù)用于電波流速儀測速，就構(gòu)成了掃描式雷達(dá)測速系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以固定安裝在岸上，掃描測量一片河面、海面上的流速分布。還可裝在直升飛機(jī)上在空中測量難以到達(dá)地區(qū)的水面流速。特點(diǎn)：能測得大量流速信息。能測得較準(zhǔn)確的流量。用于河流的產(chǎn)品還在試用中。第33頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月河流雷達(dá)測速系統(tǒng)第34頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月“流速儀流量計”

這種方法也屬于流速面積法測量流量。使用此方法時，在渠道上人工建設(shè)一量水涵洞，變明渠水流為涵洞管流，該涵洞過水?dāng)嗝婷娣e是恒定的。在渠道輸水量變化范圍內(nèi)，涵洞始終是滿管出流。這樣，只要測得涵洞內(nèi)的平均流速就可測算流量。而涵洞平均流速可以由涵洞相應(yīng)位置的某點(diǎn)流速來推算。因此，在量水涵洞內(nèi)安裝一臺能長期工作且能自動記錄的流速儀，就構(gòu)成了一臺自記流量計。特點(diǎn)：簡單實(shí)用，準(zhǔn)確性好?？捎糜谄皆?，應(yīng)用范圍廣。自動測記水量的方法簡單可靠。第35頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月LBX-7型渾(污)水流量計與量水涵洞

水工建筑兩部分組成灌溉渠道量水系統(tǒng)流量計計數(shù)器儀器室量水涵洞

水工建筑物轉(zhuǎn)子水流方向（V）（V）第36頁，課件共41頁，創(chuàng)作于2023年2月LBX—7型渾（污）水流量計

主要技術(shù)指標(biāo)：流速測量