流量在線自動監(jiān)測規(guī)范DB41-T 1974-2020

ICS17.120

P55

DB41

河南省地方標準

DB41/T1974—2020

流量在線自動監(jiān)測規(guī)范

2020-09-11發(fā)布2020-12-11實施

河南省市場監(jiān)督管理局發(fā)布

DB41/T1974—2020

目次

前言...............................................................................III

1范圍..............................................................................1

2規(guī)范性引用文件....................................................................1

3術(shù)語和定義........................................................................1

4總則..............................................................................1

5流速測量..........................................................................2

6流量測驗..........................................................................3

7比測..............................................................................5

8誤差來源與控制措施................................................................6

9數(shù)據(jù)采集與處理....................................................................6

附錄A（規(guī)范性附錄）垂線平均流速分布模型推流........................................7

附錄B（規(guī)范性附錄）水工建筑物法、堰槽測流法及矩形渠道末端深度法....................9

附錄C（規(guī)范性附錄）代表流速法參數(shù)率定及流量計算方法...............................13

附錄D（規(guī)范性附錄）監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表和數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)...................................14

I

DB41/T1974—2020

前言

本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本標準由河南省水利廳提出并歸口。

本標準起草單位：河南省水文水資源局、河南省信陽水文水資源勘測局、河南省駐馬店水文水資源

勘測局、河南省焦作水文水資源勘測局、河南省許昌水文水資源勘測局、河南省三門峽水文水資源勘測

局、河南省鄭州水文水資源勘測局、焦作市水利勘測設計院。

本標準主要起草人：李斌成、王鴻杰、賀旭東、賓予蓮、杜付然、薜運宏、李鵬、王冬至、姚廣華、

郭二旺、黃振離、游巍亭、焦迎樂、陳宏立、王冰、司文青、陳楠、李繼成、潘洪濤、孟春麗、鄭仕強、

上官宗光、周迎潁、趙志鵬、談兵、陶新紅、周相麗、呂晶晶、楊啟先。

II

DB41/T1974—2020

流量在線自動監(jiān)測規(guī)范

1范圍

本標準規(guī)定了流量在線自動監(jiān)測的總則、流速測量、流量測驗、比測、誤差來源與控制措施、數(shù)據(jù)

采集與處理。

本標準適用于河流、渠道水文斷面的流量在線自動監(jiān)測。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB14050系統(tǒng)接地的形式及安全技術(shù)要求

GB/T50095水文基本術(shù)語和符號標準

GB/T50138水位觀測標準

GB50179河流流量測驗規(guī)范

SL195水文巡測規(guī)范

SL537水工建筑物與堰槽測流規(guī)范

SL651水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約

3術(shù)語和定義

GB/T50095界定的術(shù)語和定義適用于本文件。

4總則

4.1一般規(guī)定

4.1.1設置流量在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，所采用的技術(shù)方法和設備類型，應滿足以下條件：

a)基于測驗條件的適用性；

b)基于監(jiān)測目的的有效性；

c)基于精度要求的可靠性。

4.1.2選擇測驗河段應符合GB50179的規(guī)定。

4.1.3選擇流速基本不受影響的位置安裝流速傳感器。

4.1.4水道斷面測量應符合GB50179的規(guī)定。

4.2方法選擇

4.2.1垂線平均流速分布模型法。適用于規(guī)則或常見幾何形狀的明渠斷面，采用一條測速垂線的平均

流速，推算出斷面上其他垂線平均流速，進而推算斷面流量，見附錄A。

1

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4.2.2水工建筑物法。適用于自由堰流或自由孔流的水工建筑物，采用水位、閘門開啟高度等水力因

素，經(jīng)率定分析或經(jīng)驗公式確定流量系數(shù)，由工作曲線（擬合方程）計算流量。具體要求應符合SL537

的規(guī)定。

4.2.3堰槽測流法。采用上游水頭，經(jīng)率定分析或經(jīng)驗公式確定流量系數(shù)，由工作曲線（擬合方程）

計算流量。具體要求應符合SL537和附錄B的規(guī)定。

4.2.4末端深度法。適用于在渠底水平或平緩傾斜，渠底末端有跌坎，可形成自由射流的渠道。通過

測量末端水深可計算流量。具體要求應符合SL537和附錄B的規(guī)定。

4.2.5代表流速法。適用于具有穩(wěn)定的斷面流速分布規(guī)律的斷面，通過建立斷面平均流速與代表垂線

平均流速之間的相關(guān)關(guān)系，用代表垂線的平均流速推算斷面平均流速進而推算斷面流量?？刹捎么瓜蚵?/p>

學多普勒流速剖面儀或其他方法，具體要求應符合GB50179、SL195和附錄C的規(guī)定。

4.2.6水位流量單值線法。適用于水位流量關(guān)系單一、精度滿足要求的斷面。

4.2.7電波（視頻）測速法。適用于受風力影響較小、流速較大、滿足浮標測流條件的斷面。具體要

求應符合GB50179、SL195的規(guī)定。

4.3安裝要求

4.3.1明渠流量在線自動監(jiān)測斷面應安裝自動監(jiān)測水位傳感器，水位傳感器的安裝應符合GB/T50138

規(guī)定。

4.3.2流速設備的安裝位置不得影響通航。

4.3.3水下流速傳感器應安裝防護裝置。

4.3.4系統(tǒng)應具備良好的接地和避雷措施，安全措施應符合GB14050的規(guī)定。

4.3.5流速傳感器安裝方式應便于檢修維護。

4.3.6信號線、電源線的布設應滿足防水要求，電纜、信號線及管路應標識清晰。

5流速測量

5.1測量要求

5.1.1根據(jù)斷面情況，設置儀器工作參數(shù)。

5.1.2根據(jù)流速傳感器工作狀態(tài)，確定采樣數(shù)據(jù)有效性。

5.1.3宜采用具有測量剖面垂線流速功能的流速傳感器，直接測量垂線流速。

5.1.4流速傳感器流速測量時間應不少于100s。

5.1.5流量計算模型采用的垂線數(shù)目和垂線位置應能控制斷面形狀變化和流速橫向變化分布的轉(zhuǎn)折

點。

5.1.6接觸式流速傳感器垂向頂部盲區(qū)流速應根據(jù)流速垂線分布特征，選用指數(shù)流速分布、常數(shù)流速

分布或經(jīng)過分析的其他流速分布合理插補。

5.2計算方法

5.2.1實測垂線平均流速計算應符合GB50179的規(guī)定。

5.2.2采用一條實測垂線平均流速的垂線平均流速分布模型，根據(jù)大斷面形狀，推算出斷面上任一條

垂線的平均流速，計算出斷面流量，應采用公式（1）、公式（2）計算。

2

3

V(i)kc(i)kvh(i)?????????????⑴

2

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Vk

kv2

3

hk?????????????⑵

式中：

V()i——計算的任意垂線i處垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）；

kci()——垂線影響系數(shù)，測速垂線k對垂線i的影響系數(shù)。該系數(shù)可以通過實測資料率定，也可以

通過大斷面形狀推算，見附錄A。對于寬淺河道，該值可取1；

kv——測速垂線動力系數(shù)；

hk——垂線k處水深，單位為米（m）；

Vk——垂線k實測垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）；

h()i——垂線i處水深，單位為米（m）。

5.2.3代表垂線法斷面平均流速應采用公式（3）計算。

Vkv?????????????⑶

式中：

V——斷面平均流速，單位為米每秒（m/s）；

k——系數(shù)；

v——實測代表垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）。

5.2.4采用單點電波測速法，可用水面流速系數(shù)乘實測水面點流速，得垂線平均流速，再采用垂線平

均流速分布模型計算各垂線平均流速，或采用代表垂線法計算斷面平均流速，垂線平均流速應采用公式

（4）計算。

'

vk1v?????????????⑷

式中：

v——垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）；

k1——水面流速系數(shù)；

v'——實測水面流速，單位為米每秒（m/s）。

5.2.5采用多點或流場的電波（視頻）測速法，計算應符合GB50179的規(guī)定。

6流量測驗

6.1一般規(guī)定

6.1.1相應水位采用流速測驗時段平均水位。

6.1.2代表垂線法采用的過水面積用水位～斷面面積關(guān)系計算。

6.2計算方法

6.2.1采用部分流速面積計算斷面流量應符合GB50179的規(guī)定。

3

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6.2.2采用水位流量單值線法計算流量時，可建立水位～流量關(guān)系或采用插值方法，由水位推算過水

斷面流量。

6.2.3自由堰流流量應采用公式（5）計算。

3

2

QC0nb2gH?????????????⑸

式中：

Q——流量，單位為立方米每秒（m3/s）；

C

0——含側(cè)收縮系數(shù)和進口流態(tài)系數(shù)的流量系數(shù)；

n——過水孔數(shù)；

b——堰口單孔寬，單位為米（m）；

g——重力加速度，單位為米每平方秒（m/s2）；

H——總水頭，單位為米（m）。

6.2.4自由孔流流量應采用公式（6）計算。

Qnbe2gH?????????????⑹

式中：

——自由孔流流量系數(shù)；

e——閘門開啟高度，單位為米（m）。

6.2.5無側(cè)收縮矩形薄壁堰流量應采用公式（7）計算。

2

QC2gbh32?????????????⑺

De3

式中：

CD——流量系數(shù)，系數(shù)選用見附錄B；

he——有效水深，單位為米（m）。

6.2.6矩形河槽三角形剖面堰流量應采用公式（8）計算。

32

QCDCvCsCfgbh????????????(8)

式中：

Cv——行近流速系數(shù)；

Cs——形狀系數(shù)，矩形河槽為1；

Cf——淹沒系數(shù)；

h——實測水頭，單位為米（m）；

以上系數(shù)選用見附錄B。

6.2.7矩形河槽中平坦V形堰的流量應采用公式（9）計算。

52

Q0.8CDCvCsCfgmh????????????(9)

4

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式中：

Cv——行近流速系數(shù)；

Cs——形狀系數(shù)；

以上參數(shù)選見附錄B。

6.2.8巴歇爾槽自由流流量應采用公式（10）計算。

n

QCDbh?????????????(10)

式中：

b——喉道寬，單位為米（m）；

h——上游（入流斷面）實測水頭，單位為米（m）；

n——由而定的指數(shù)；

以上系數(shù)選用見附錄B。

6.2.9矩形渠道末端深度法流量應采用公式（11）計算。

3/2

QCDgbhe????????????(11)

式中：

——渠道寬，單位為米（m）；

he——末端水深，單位為米（m）；

以上系數(shù)選用見附錄B。

7比測

7.1一般規(guī)定

在設備正式投入運行之前，應對流速或流量進行比測，比測結(jié)果滿足斷面測驗精度要求后，可投入

運行。

7.2方法選擇

7.2.1采用流速面積法計算流量的應比測流速和流量，其他方法推算流量的應比測流量。

7.2.2流速或流量比測以轉(zhuǎn)子式流速儀或走航式聲學多普勒剖面儀為基準進行比測。使用轉(zhuǎn)子式流速

儀施測并利用垂線流速分布模型推流，應采用精測法。

7.3測次分布及數(shù)量

7.3.1比測測次宜分布在高水、中水、低水。

7.3.2比測次數(shù)應不少于30次。

8誤差來源與控制措施

8.1誤差來源

8.1.1流速傳感器安裝姿態(tài)誤差。

5

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8.1.2儀器檢定誤差。

8.1.3施測流速外界干擾誤差。

8.1.4水位、閘門開啟高度誤差。

8.1.5斷面面積誤差。

8.1.6流速計算模型誤差。

8.1.7率定參數(shù)產(chǎn)生的誤差。

8.2控制措施

8.2.1水位傳感器、流速傳感器、閘位計應定期檢查和校準。

8.2.2水道斷面有變化時應及時測量。

8.2.3每年流量校測不少于3次。

9數(shù)據(jù)采集與處理

9.1數(shù)據(jù)采集

9.1.1采集傳感器應具備模擬量或數(shù)字量、標準串行口等接口與上位機通信。

9.1.2采集傳感器輸入電壓范圍DC5V～24V。

9.1.3系統(tǒng)應能實時顯示傳感器和其他輔助設備的工作狀態(tài)和故障報警信息。

9.2數(shù)據(jù)傳輸

9.2.1報文幀結(jié)構(gòu)應符合SL651的規(guī)定。

9.2.2系統(tǒng)應支持遠程參數(shù)設置功能。

9.2.3系統(tǒng)應具備遠程時鐘同步功能。

9.2.4報文數(shù)據(jù)應采用校驗、加密算法進行傳輸。

9.2.5通信中斷時，前端設備應具有獨立采集和365d數(shù)據(jù)儲存能力。

9.2.6通信恢復后，斷點數(shù)據(jù)自動上傳。

9.3數(shù)據(jù)存儲及成果輸出

9.3.1后端處理系統(tǒng)應具有水文要素原始數(shù)據(jù)存儲功能，存儲格式見附錄D。

9.3.2后端處理系統(tǒng)應具有輸出原始數(shù)據(jù)及監(jiān)測成果的功能，監(jiān)測成果輸出格式見附錄D，原始數(shù)據(jù)

應包含監(jiān)測成果所列內(nèi)容，并提供導出純文本文件格式的功能。

6

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AA

附錄A

（規(guī)范性附錄）

垂線平均流速分布模型推流

A.1無實測流量資料垂線影響系數(shù)確定

A.1.1對于橫斷面相對平坦、質(zhì)地均勻的U形河道斷面，垂線影響系數(shù)可取1。

A.1.2對于斷面形狀多變的V形斷面或質(zhì)地有差異的河道斷面，可根據(jù)質(zhì)地、水草分布等情況，由起點

距各處的經(jīng)驗糙率及斷面斜率推求，見圖A.1垂線平均流速分布示意圖，采用公式（A.1）計算。

i

V測速垂線Vi

n(i)，kf(i)

n，kf

圖A.1垂線平均流速分布示意圖

2

n1k1

f3?????????（A.1）

kci()()2

nk(i)1f(i)

式中：

kci()——測速垂線對垂線i的影響系數(shù)；

n——流速垂線處河床糙率；

n

()i——垂線i處河床糙率；

k

f——測速垂線處大斷面斜率；

k

fi()——垂線i處大斷面斜率。

A.2有實測流量資料斷面垂線影響系數(shù)率定

采用最小標準差法計算垂線影響系數(shù)：

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待率定垂線i和測速垂線有n次實測垂線平均流速vij()，v()j（j=1,2,?n），第j測次待率定垂線和

v

測速垂線水深分別為h，h，各測次動力因子()j（j=1,2,?n），令kl0.50.01

ij()()jkvj()2c(j)(l)

3

h()j

2

'3

（l=0,1,2,?，100;j=1,2,?n）則垂線i第j測次計算垂線平均流速為：v(j)(l)kc(j)(lk)v(jh)i(j)

'

（l=0,1,2,?，100;j=1,2,?n）。j測次的流速計算誤差為Vi(j)(l)vi(j)(l)Vi(j)（l=0,1,2,?，

n

2

Vi(j)(l)

100;j=1,2,?n），n個測次的標準差為：j1在101個k中，總有一個值使標準差

i(l)n1c(i)(l)il()

最小，那么這個kc(j)(l)值，即為測速垂線對垂線i的影響系數(shù)。

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BB

附錄B

（規(guī)范性附錄）

水工建筑物法、堰槽測流法及矩形渠道末端深度法

B.1水工建筑物法

適用于水閘等水工建筑物，流態(tài)為自由堰流或自由孔流，可以依據(jù)自由堰流或自由孔流公式進

行率定的斷面。

B.2堰槽測流法

B.2.1方法適用

適用于不含大量漂浮物及泥沙的小型河道和渠道。

B.2.2無側(cè)收縮矩形薄壁堰

流量系數(shù)用公式（B.1）計算，有效水深用公式（B.2）計算。

h

C0.6020.083?????????(B.1)

DP

heh0.0012?????????(B.2)

P——堰高，單位為米（m）。

B.2.3矩形河槽三角形剖面堰

B.2.3.1流量系數(shù)可根據(jù)水頭從表B.1中查得。

表B.1矩形河槽三角形剖面堰流量系數(shù)

h/mCDh/mCD

0.010.6050.060.628

0.020.6190.070.629

0.030.6240.080.629

0.040.6260.090.630

0.050.627≥0.100.633

B.2.3.2淹沒系數(shù)Cf自由流時為1。

B.2.3.3行近流速系數(shù)CV根據(jù)ACDbh/bhp的值進行判斷，見表B.2。

表B.2矩形河槽三角形剖面堰行近流速系數(shù)CV

AA

0.001.0000.281.068

0.051.0020.301.079

9

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表B.2（續(xù)）

ACVA

0.101.0080.321.092

0.151.0190.351.112

0.181.0260.381.145

0.201.0320.401.169

0.221.0400.421.196

0.251.0530.451.250

B.2.3.4應用限制條件

h/P≤3.5,b/h≥2.0，；

hHp/0.24

P≥0.06m；

b≥0.30m；

金屬堰緣的堰頂，h≥0.03m；混凝土抹面的堰頂，h≥0.06m。

注1：hp——堰下游水頭；

注2：H——堰上游總水頭。

B.2.4矩形河槽平坦V形堰

B.2.4.1流量系數(shù)用公式（B.3）計算。

5

2

Kh?????????（B.3）

CDCD1

eh

B.2.4.2行近流速系數(shù)用公式（B.4）計算。

1.25Y1?????????（B.4）

CV1

12.5Y1

其中：

?????????（B.5）

B.2.4.3形狀系數(shù)的選用應符合（B.6）、（B.7）、（B.10）的要求：

當h≤Pv時，Cs=1??????????（B.6）

5

P2

當h＞Pv時，V??????????（B.7）

CS11

he

其中：hehKh??????????（B.8）

10

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b

P??????????（B.9）

V2m

0.4he

當Y1≥0.08時，用Cv代替he計算Cs?????????（B.10）

B.2.4.4淹沒系數(shù)用公式（B.11）計算。

30.183

2

hp

C1.0780.909e??????????（B.11）

fH

e

其中：hhK??????????（B.12）

peph

B.2.4.5平坦V形堰的應用限制及流量系數(shù)見表B.3。

表B.3平坦V形堰的應用限制及流量系數(shù)

堰的橫向坡度

項目

≤1/401/201/10

自由出流的

0.6250.6200.615

有效流量系數(shù)CDe

H/PV≤1.0水頭改正數(shù)Kh(m)0.00040.00050.0008

PV/P≤2.5PV/P≤2.5PV/P≤2.5

應用限制

PV/PL≤2.5PV/PL≤2.5PV/PL≤2.5

自由出流的

0.6300.6250.620

有效流量系數(shù)CDe

H/PV＞1.0水頭改正數(shù)Kh(m)0.00040.00050.0008

PV/P≤2.5PV/P≤2.5PV/P≤2.5

應用限制

PV/PL≤8.2PV/PL≤8.2PV/PL≤4.2

注：在淹沒條件下的CDe分別為0.631，0.629和0.620。

B.2.5巴歇爾槽

B.2.5.1標準巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍見表B.4。

表B.4標準巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍

自由流量計算公式水頭范圍/m流量范圍/(10-3m3/s)非淹沒限

序號喉道寬b/m

β3

Q=Ch/（m/s)最小最大最小最大/(hL/h)

10.601.403h1.5480.050.7512.58500.7

21.002.397h1.5690.060.8030.015000.7

31.503.668h1.5860.060.8045.025000.7

42.406.004h1.6050.080.80100.040000.7

11

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B.2.5.2大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍見表B.5

表B.5大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍

自由流水頭范圍/m流量范圍/(m3/s)

序號喉道寬b/m流量計算公式非淹沒限/(hL/h)

最小最大最小最大

Q=Ch1.6/(m3/s)

13.668.859h1.60.091.370.1914.680.8

24.5710.96h1.60.091.670.2325.040.8

36.1014.45h1.60.091.830.3137.970.8

47.6217.94h1.60.091.830.3847.160.8

59.1421.44h1.60.091.830.4656.330.8

612.1928.43h1.60.091.830.6074.700.8

715.2435.41h1.60.091.830.7593.040.8

B.2.5.3特大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍見表B.6

表B.6特大型巴歇爾槽自由流流量公式及適用范圍

自由流水頭范圍/m流量范圍/m3/s

非淹沒限

序號喉道寬b/m流量計算公式

最小最大最小最大hL/h

Q=Ch1.6/(m3/s)

11842.106h1.60.201.8283.21109.80.65

22351.375h1.60.202.243.91186.70.65

B.3矩形渠道末端深度法測流

適用于在渠底水平或平緩傾斜，渠底末端有跌坎，能形成自由射流的渠道上。流量系數(shù)CD的選取見

表B.7。

表B.7矩形渠道末端深度法流量系數(shù)

類型數(shù)值(CD)

受側(cè)限的矩形水平渠道1.66

不受側(cè)限的矩形水平渠道1.69

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CC

附錄C

（規(guī)范性附錄）

代表流速法參數(shù)率定及流量計算方法

C.1代表垂線的選取

C.1.1代表垂線

通過對斷面垂線流速分布的分析，確定出與斷面平均流速有線性關(guān)系的一條（或二條）測速垂線，

作為代表垂線。

C.1.2垂線選取

代表垂線應通過分析實測資料，選取與斷面平均流速線性關(guān)系較好的垂線。

C.2參數(shù)率定

由代表垂線處實測流速，與轉(zhuǎn)子式流速儀或走航式多普勒流速剖面儀實測斷面平均流速，采用公式

（C.1）對參數(shù)k進行率定。進行高水、中水和低水不少于30次的實測流速。

Vkv?????????????(C.1)

式中：

k——相關(guān)系數(shù)；

V——實測斷面平均流速，單位為米每秒（m/s）；

v——實測垂線平均流速，單位為米每秒（m/s）。

可點繪以v為橫坐標，以V為縱坐標的關(guān)系線，通過點群中心率定一條直線，直線斜率即為相關(guān)系

數(shù)k；也可以通過最小二乘法，確定該條實測垂線平均流速與斷面平均流速的相關(guān)系數(shù)。

C.3流量計算

應使用公式（C.2）計算。

QAVAkv????????????(C.2)

式中：

Q——流量，單位為立方米每秒（m3/s）；

A——過水斷面面積，單位為平方米（m2）。

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DD

附錄D

（規(guī)范性附錄）

監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表和數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)

D.1監(jiān)測數(shù)據(jù)成果表

D.1.1河道站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.1。

表D.1河道站流量在線自動監(jiān)測成果表

斷面測測速垂線測速垂線

斷面參數(shù)

站水位流量面積平均驗線1線2

起時間止時間測量率定

碼mm3/sm2流速方平均流速平均流速

日期日期

m/s法m/sm/s

注：站碼：所在斷面的測站編碼；

起止時間：YYYY-MM-DDHH:MM:SS格式；

水位：實測水位；

流量：推算流量；

面積：與水位相應的過水面積；

斷面平均流速：斷面平均流速；

測驗方法：“垂線平均流速分布模型（電波流速儀、視頻測速法或垂線式ADCP）”、“水位流量單值線法”、“代

表流速法（電波流速儀或垂線式ADCP）”等；

測速垂線平均流速：1至2條測速垂線實測流速；

斷面測量日期：本次流量計算所采用的斷面測量日期；

參數(shù)率定日期：計算所用參數(shù)的率定日期。

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D.1.2堰閘站流量在線自動監(jiān)測成果表見表D.2。

表D.2堰閘站流量在線自動監(jiān)測成果表