1、流量测验流量测验2017年4月胡永成大师工作室 什么是流量？为什么要进行流量测验？新设站如何开展流量测验？流量测验误差的来源与控制讨论内容胡永成大师工作室2023年1月3日一、流量测验方法概述 2.2.什么是流量？什么是流量？单位时间内通过江河某一过水断面的水体总量，用“Q Q”表示。胡永成大师工作室2023年1月3日 单位时间秒（s s）；水体总量立方米（m m3 3），所以流量的单位：m m3 3/s/s。流量流量是江河的主要水文特征，也是河流的重要的水文要素之一，是反映水利资源和江河、湖泊、水库等水体水量变化的基本数据。流量测验是获得江河径流和流量瞬时变化的主要途径，是建立水位流量关系的
2、需要。另外实测流量是分析水深、流速、水面宽度、河道冲淤等变化情况的需要，也是涉水工程设计、防汛、航运、水利科学研究服务的需要。(一一)概述概述 1.1.为什么要进行流量测验？为什么要进行流量测验？一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 3.3.流量模型流量模型 流量模型流量模型（简称流量模）：通过江河某一过水断面的流量是以过水断面为垂直面、水流表面为水平面，断面内各点流速矢量为曲面所包围的体积，如下图，该立体图形称为流量模型。流量模型一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 单位流量单位流量：在单位时间内，水流通过某一过水断面上单位面积单位面积的体积；单宽流量单宽
3、流量：单位时间内，水流通过断面上单位河宽单位河宽的狭条面积的水量；4.4.常用的流量名称常用的流量名称 单深流量单深流量：单位时间内，水流通过过水断面水面以下任意点处的单位深度单位深度内沿断面水平方向长条面积上的水量；单宽流量单深流量一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 部分流量部分流量：将某一过水断面分割为若干部分，单位时间内，水流通过某一一部分面积部分面积上的水流体积；全断面流量全断面流量：通过河流某一过水断面的总流量总流量（见下图）。部分流量示意图一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 （1 1）流速）流速：水质点在单位时间内沿某一特定方向移动的距离，符
4、号是V V，单位是m/sm/s；层流层流：水流状态是全部水流呈平行流束运动，即水质点运动的轨迹（流线）是平行，在水流中运动方向一致，流速均匀。5.5.流速及相关概念流速及相关概念 紊流紊流：水流中每个水质点运动速度与方向均随时随地都在变化，而且其变化是围绕一个平均值上下跳动的。层流与紊流的判别层流与紊流的判别：雷若数雷若数（Re)。Re=Rv/,式中：R水力半径，m；液体运动粘滞系数,m2/s;v平均流速，m/s。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 （2 2）流速脉动流速脉动：水体在河槽中运动，受到许多因素影响，如河道断面形状、坡度、糙率、水深、弯道以及风、气压和潮汐等，使
5、天然河道中的水流大多呈紊流状态。从水力学知，紊流中水质点的流速，不论其大小、方向都是随时间不断地变化着，这种现象称为流速脉动现象流速脉动现象(如下图）。紊流的两个基本特征紊流的两个基本特征：一是即使在流量不变的情况下，水流中中任一点的流速和压力也随时间呈不规则的脉动；二是紊流具有扩散性，能够在水层之间传送动量、热量和质量。水流是层流还是紊流，常以雷诺数来判别。在明渠流中，Re300为层流。天然河道中水流一般均呈紊流状态。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日图1.5-1 流速脉动现象 流速脉动的基本规律流速脉动的基本规律：某一测点上的流速（V）虽然随时间的变化是不规则的，但在一
6、个较长的时间内，它总是围绕一个固定的平均值（如图1.5-2中的AB线）上下作不规则的跳动。时间越长这个固定的平均值愈接近代表该点的平均流速(V平)。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日图1.5-2 测点流速变化过程线图V=V平+V,式中：V脉动流速，随时间而变，但在足够长的时间系列中，各瞬时的V的代数和趋近于零。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 天然河道中影响流速脉动的因素主要有以下几项：a.a.河床糙率河床糙率。河床糙率大，流速脉动亦相应较大。b.b.坡降坡降。河床坡降大，河底流速与边界上的切应力亦相应较大，有利于漩涡体的现成和发展，从而使流速脉动加大
7、。c.c.断面形状断面形状。断面形状不规则，特别是岸边石矶挑流束水，引起水流产生大尺度紊动，从而使流速脉动加剧。d.d.泥沙运动泥沙运动。推移质运动在河底现成沙坡，增大水流阻力，同时也使流速脉动增强。悬移质含沙量对脉动有控制作用，含沙量增大，流速脉动将减弱，特别是高含沙量时作用更加显著。流速脉动与水深的关系。脉动强度随水深有变化，河底大于上面。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 脉动对流速测验精度的影响脉动对流速测验精度的影响 图1.5-3所示为不同测验历时条件下，由流速脉动所引起的测速误差与流速的关系。图1.5-3 脉动误差与流速的关系图一、流量测验方法概述胡永成大师工作
8、室2023年1月3日 由图1.5-3可以看出，脉动对流速测验的影响：a.a.流速脉动所产生的误差随流速的减小而增大，特别是在流速小于0.1m/s时，误差很大。因此，低速时，测点的测速历时应适当延长。b.b.流速脉动所产生的误差，随测速历时的减少而逐渐增大，历时愈短，其误差的递增率也越大，反之减小。c.c.缩短历时所导致流量测验的误差与测点数目有一定的关系。测点数目愈多，误差越小。因为测点较多时，测验历时增长其脉动误差必然比单个测点的误差要小。测点测速历时的确定测点测速历时的确定 天然河道中，水位和流速随时间在不断变化，而时均流速的稳定程度又与测速历时成正比。即测速历时越长，流速脉动误差可以一、
9、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日抵消。但历时过长，会因水情变化而使流量成果带有加大误差；过短又不能消除脉动影响保证测验成果精度。所以规范规定“有条件进行精简分析的水文站，垂线上测点测速历时宜通过精简分析确定；没有条件进行精简分析的水文站和新布设的测流断面，测速历时不应短于100s”。采用较少的垂线、测点，同时用较短测速历时能到达精度要求时，测速历时可以缩短到60s。当河流暴涨暴落或水草、漂浮物、流沙严重，采用60s测速历时仍有困难时，测速历时可缩短到30s。(3)(3)河流中的流速分布河流中的流速分布 研究河流中某一横断面上的流速分布，主要是研究流速沿水深的变化，即垂线上的流
10、速分布，以及横断面上不同位置的垂线流速的变化，以及流速对泥沙运动、河床演变等影响。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 河底与岸边附近的流速最小；对水面而言，近两岸边的流速小于中泓，在最深处水面流速最大；垂线上最大流速，畅流期出现在水面至0.2h范围，封冻期移向半深处，等流速曲线形成闭合状(图a)。垂线上的流速分布垂线上的流速分布 天然河道中一般水面的流速大于河底，且曲线呈一定的形状。如图1.5-4。横断面上的流速分布横断面上的流速分布图1.5-4 流速分布图一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 (二二)流量测验方法分类流量测验方法分类 江河流量测验的方法很
11、多，按照工作原理划分为四大类，即：面积流速法、水力学法、化学法、物理法。1 1、流速、流速面积法面积法：是通过实测断面上的流速和过水断面面积来推求流量的一种方法，此法应用最为广泛。根据流速仪法测定流速的方法不同，又可以分为选点法（也称积点法）和积分法。（1 1）选点法（积点法）选点法（积点法）：将流速仪停留在测速垂线的预定点（即所谓测点）上，进行逐点测速，计算垂线平均流速，进而推求断面流量的方法。目前，普遍用它作为检验其他测流方法精度的基本方法。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 （2 2）积分法）积分法：流速仪以运动方式运动方式测取垂线或断面平均流速的方法。根据流速仪的运
12、动方式不同，可分为积深法、积宽法和动船法。积深法是将流速仪以某一固定速度沿垂线均匀移动测取平均流速。积宽法是将流速仪放在预定的水深位置，沿断面线等速移动，连续进行全断面测流的方法。积宽法常用的积宽仪器：动车、动船、缆道等。适用与大江大河的流量测验。（3 3）表面流速）表面流速面积法面积法：测量河流表面流速，再推算断面流速，结合断面资料获得流量成果。浮标法浮标法：通过测定水流中天然或人工漂浮物随水流运动的速度，结合断面资料和浮标系数来推求流量的方法。适用于特殊情况下（如洪水暴涨暴落、水流湍急、漂浮物多），常用于应急测流方法。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 电波流速仪法电波
13、流速仪法：利用电波流速仪测得表流速，然后用实测或借用断面资料计算流量的一种方法。电波流速仪是利用多普勒原理的测速仪器，由于反射的电磁波频率高（可达10GHz），属于微博波段，在空气中传播衰减较小，因此可以在岸上、桥上测量，仪器不接触水面，属非接触式测量，适合桥测、巡测和大洪水时应急测量。常用的雷达枪就是一种手持式电波流速仪。安装在缆道上的安装在缆道上的电波流速仪电波流速仪手持式电波流手持式电波流速仪（雷达枪）速仪（雷达枪）一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 其他表面流速法其他表面流速法：利用频闪效应和激光多普勒效应的光学流速仪法、航空摄影法。（3 3）测量剖面流速的面积）测
14、量剖面流速的面积面积法面积法：声学时差法、声学多普勒流速剖面仪法。声学时差法声学时差法：通过测量横跨断面的一个或几个水层的平均流速流向，利用这些水层平均流速和断面平均流速建立关系，求出断面平均流速，根据实测水位，求出断面面积，计算流量。时差法仪器较成熟可靠，精度较高，较为常用。可提供无人值守、实时在线测量。声学多普勒剖面仪声学多普勒剖面仪ADCPADCP：是20世纪80年代初开始发展和应用的新的流量测验仪器。按ADCP的测验方式可以分为走航式和固定式。固定式按照安装位置不同可分为水平式和垂直式。垂直式可根据安装方式可以分为水面式和坐底式。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日固
15、定坐底式ADCP固定水平式ADCP走航式ADCP一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 2 2、水力学法、水力学法：测量水力因素，选用适当的水力学公式计算出流量的方法。包括：量水建筑物法、水工建筑测流和比降面积法。（1 1）量水建筑物法）量水建筑物法：在明渠或天然河道上专门修建的测量流量的水工建筑物叫量水建筑物。通过实验按照水力学原理设计的，建筑尺寸要求准确，施工工艺要求严格，因此系数稳定的建筑物，测量精度较高。分两大类：测流堰（薄壁堰、三角堰、宽顶堰）；测流槽（文德里槽、驻波水槽、自由溢流槽等）。一、流量测验方法概述胡永成大师工作室2023年1月3日 （2 2）水工建筑测流法
16、）水工建筑测流法：利用河流上的水工建筑物，如堰、闸（涵）、水电站、抽水站等，用作水文测验的测流建筑物，选择合理的水力学公式和系数，通过观测水位（当利用水电站和抽水站时，还需记录水力机械的工作参数）就可以计算求得流量。系数一般通过现场试验、对比分析获得，有时也可通过模型实验获得。（3 3）比降面积发）比降面积发：通过实测或调查测验河段的上面比降、糙率和断面面积等水力因素，用水力学公式来推求流量的方法。此法是洪水调查估算洪峰流量的重要方法。曼宁公式曼宁公式：Q=Av v=(R(2/3)*I(1/2)/n式中：A断面面积；R水力半径；I水面比降；n糙率；v流速；Q流量。一、流量测验方法概述胡永成大师
17、工作室2023年1月3日 3 3、化学法、化学法：又称稀释法、溶液法、示踪法等。是根据物质不灭原理，将一定浓度已知量的指示剂注入河水中，由于扩散稀释后的浓度与水流的流量成反比，所以测定水中指示剂的浓度，就可以推算出流量。按照注入方法方式不同，分为连续注入法和瞬时注入法（也称突然注入法）两种。化学法适用于乱石拥塞、水流急湍，不能用流速仪测流的地方。具有不需要测量断面和流速、外业工作量小、测验历时短等优点。但测验精度受河流溶解质的影响较大，有些化学指示剂会污染水流。在以上介绍的多种流量测验方法中，目前全世界最常用的是流流速面积法速面积法，其中流速仪法（流速仪积点法）被认为是精度较高的测量方法，是各
18、种流量测验方法的基准方法，应用也最广泛。当水深、流速、测验设施设备等条件满足，测流时机允许时，应尽可能首选流速仪法测流。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 水文站所选的测验方法应是当前较为成熟且已应用于生产实践，满足一定精度要求。适合测站（断面）的水流特性和测验条件。测验精度满足资料应用要求。(一一)流量测验方式方法选择流量测验方式方法选择 1.1.一般规定一般规定 各种方法所使用的仪器在投入使用前，应与流速仪进行比测。比测应在水流相对平稳时进行，测次应在高、中、低各级水位布置。比测的有效次数应不少于30次。比测随机不确定度不应超过6%，条件较差时不应超过7%；系统误差不超过
19、1%，条件较差的不应超过2%。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 水文站应根据本站测验条件选择两种以上测流方法，一种作为采用，其他作为备用。一年中流量站测流次数，应根据高、中、低各级水位的水流特性，测站控制条件、测验精度，定线推流要求，以及需求等综合确定，能够准确掌握各个时期的水情变化、合理控制各级水位和水情变化过程转折点；当发生的洪水、枯水超出历年实测流量的相应水位时，应对超出部分增加测次。新设站因适当增加测次。流量测验可根据测站水沙特性变化、测验精度、资料整编要求和交通路线等情况，采用驻测、巡测、间测方式进行。具体要求见表2.1-1。2.2.测验方式选择测验方式选择二、新
20、设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 表2.1-1 驻测、巡测、间测适用条件测验方式测验方式集水面积集水面积必要条件必要条件其他要求其他要求驻测驻测10000km2以上一类不符合巡测、间测的测站巡测巡测小于10000km2一类、二类、三类1、ZQ关系呈单一线，流量定线精度达到要求，且不需要测量洪峰和洪水流量过程；2、实行间测的测站，停测期间实行检测；3、枯水期、冰期ZQ关系较稳定或流量变化平缓，采用巡测资料推算流量，年径流量的误差在允许范围以内；4、枯水期采用定期测流；5、ZQ关系虽不呈单一线，但交通通讯方便，能按水情变化及时实测流量；6、中小河流专用站。间测间测小于10000km2
21、有10年以上的资料证明实测流量及相应水位的变幅已控制历年水位变幅80%以上，历年ZQ曲线为单一线。1、每年ZQ关系与历年综合关系曲线之间的偏离最大相对误差符合规定（3%5%10%；5%8%12%；8%10%15%）；2、各相邻年份ZQ曲线之间并线最大相对误差符合（高中水4%5%；6%8%；8%10%），可停测一年；3、在水位变幅范围内，ZQ曲线为单一线且符合第1条规定；4、ZQ曲线呈复式绳套，但通过单值化处理，符合第2条规定；5、在枯水期，流量变化不大，枯水径流总量占年径流量5%以内，不需要施测流量过程，且根据多年资料分析证明，月径流量与其前期径流量或降水量等因素能够建立较好关系。6、多年资料
22、证明潮汐要素与潮流量关系比较稳定的潮流站。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 水文站可根据测验河段条件和技术水平，选择适合本站特性的测验方法。3.3.测验方法选择测验方法选择 流速仪法：断面内大多数测点的流速不超过流速仪的测速范围；垂线水深不应小于一点法测速的必要水深；在一次测流起讫时间内，水位涨落差不应大于平均水深的10%，水深较小和涨落急剧的河流不应大于20%；流经断面的漂浮物不应影响流速仪的正常运转。浮标法：流速仪测速困难或超出流速仪测速范围和条件的高流速、低流速和小水深等情况的流量测验；垂线水深小于流速仪一点法测速的必要水深；水位涨落急剧，使用流速仪测速的水位涨落差超
23、过规范规定；水面漂浮物太多，影响流速仪测速；出现分洪、溃口洪水。流经断面二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 其他方法：非高含沙量或清水区域，可采用声学多普勒法；有水工建筑物，且流量与有关水力因素之间存在稳定的函数关系，可采用水工建筑物法；水面不宽、水量不大、比降较大、含沙量较小的河段，可采用量水建筑物法；含沙量较小、悬浮物较少、测验河段顺直，且吴水草生长和气泡的河段，可采用时差法；测验河段水草丛生、漂浮物较多的，可采用电磁法；水量较小、断面不稳定、水流紊动较强的河段，可采用稀释法；因水流引起水位和河段蓄水量变化，且测验河段进出口可以控制，容积法；成果常规手段的高洪流量测验，无
24、固定测流设施的水量调查，可采用电波流速仪法。比降面积法：高洪期断面比较稳定，水面比降较大的测验河段；水位涨落急剧，水深小、漂浮物多，不宜采用流速仪法和浮标法测流；洪水超出测站测洪能力；因洪峰漏测，需要进行洪水调查推算洪峰流量；洪水超出允许水位变幅的巡测站、间测站。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 断面资料是推算断面流量的间接资料，为研究部署测流方案、选择资料整编方法提供依据，也是分析河道河势变化、河道冲淤、研究河床演变规律必不可少的资料。(二二)断面测量断面测量 1.1.断面测量的目的和分类断面测量的目的和分类 河流的断面分为纵断面和横断面。河流纵断面是指河流从上游至下游沿
25、中泓线所切取的河床和自由水面线间的剖面。河道横断面是垂直与河道或水流平均方向，以某一水位水面线和湿周为界包围的剖面（简称横断面或断面）。断面与河床的交线，称河床线，也称断面线。河道纵断面是以中泓线上河底若干点的之间的距离为横坐标，对应各点的河底高程为纵坐标，绘制的连线。河道的纵断面图可以表示河流的纵坡及落差沿程分布，也是计算水能蕴藏量的主要依据。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 （1 1）什么时候进行大断面测量？）什么时候进行大断面测量？2.2.大断面测量大断面测量 按照河流流量测验规范规定：新设站的基本水尺断面、测流断面、浮标中断面和比降断面均应进行大断面测量。测流断面河
26、床较稳定的测站（水位与面积关系点子偏离关系曲线在3%范围内），可在汛前或汛后施测一次。对河床不稳定的测站，除汛前、汛后施测外，并应在每次较大洪水后及时加测（汛后及较大洪峰后，可只测量洪水淹没部分）。（2 2）大断面测量的范围）大断面测量的范围 大断面测量应包括水下断面测量和岸上断面测量。大断面测量的范围，岸上部分应测量至历年最高洪水位以上0.5米1.0米。漫滩较远的河流，可测至最高洪水边界；有堤防的河流，应测至堤防背河测的地面上。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 （3 3）大断面测量精度要求）大断面测量精度要求 大断面和水道断面的起点距应以高水位时的断面桩作为起算零点。两岸
27、始末断面桩之间总距离往返测量不符值不应超过1/500。岸上部分的高程测量应按照四等水准（RTK）测量精度要求测量。地形较复杂是可低于四等水准测量，但往返测量高差不符值应控制在300.5毫米范围内，前后视距不等差不应大于5米，累计不大于10米。复测时，可单程测量闭合于已知高程的固定点。（4 4）大断面测量的测点（垂线）布设）大断面测量的测点（垂线）布设 岸上部分：测点布设应能控制地形变化的转折点，测绘断面的实际情况。一般可均匀布设测点，平缓处可适当减少，地形变化较大的部位应增加测点，转折变化处要布设测点。河道有明显边滩时，主槽部分的测深垂线应较滩地部分为密。主槽和陡岸边及河底急剧转弯处应适当加密
28、。水边点应加测。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 水下部分测深垂线布置应符合以下要求：a、测深垂线应能满足掌握水道断面形状的要求。新设站或为经分析的测站，当水面宽大于25米时，垂线数目不应少于50条；水面宽小于或等于25米时，垂线数目3040条，但最小间距不小于0.5米。经过若干次测量，经过分析可适当减少测深垂线，但不应少于表2.2-1规定垂线数。水面宽（米）水面宽（米）510001000垂线数窄深河道561012151515宽浅河道61015202525注：水面宽与平均水深的比值小于100为窄深河道，大于100的为宽浅河道。表2.2-1 大断面测量最少测深垂线数目二、新设
29、站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 b、测深垂线的布设采用均匀分布，并应能控制河床变化的转折点，使部分水道断面面积无大补大割情况。c、断面最低点应布设垂线。d、串沟和独股，应按不少于表2.2-1规定的垂线的一般布设。断面有回水、逆流、死水时，若需测定其边界，应在顺、逆流边界线及死水边界处布设垂线。水位观测：在测量水深时应同时进行水位观测。a、当水位变化小于5厘米时，可在同一岸观测开始和终了的水位，以算术平均值作为计算水位。b、当水位变化大于5厘米时，应在各垂线测深时观测水位，以各垂线的观测水位作为该垂线河底高程的计算水位。C、横比降超过5厘米时应进行横比降改正。断面上有分流和串沟时，
30、对每个分流和串沟至少在一岸观测一次，单独计算河底高程。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 在测验断面上，以一岸断面桩为起始点，沿断面方向至另一岸断面桩间任一点的水平距离，称为起点距。大断面和水道断面的起点距，一般以高水时设在左岸的断面桩作为断面起点桩（起算零点）。缆道测距法：是利用计数器测定水文缆道循环索运行的长度，是水文缆道测流时垂线起点距定位最常用的方法。由于受缆道主索、循环索、行车以及铅鱼等重量引起的垂度影响，计数器记录的循环索长度并不能表示实际的起点距（水平距离），所以要对起点距进行比测、校正。3.3.起点距测量起点距测量 起点距测量可用建筑物标志法、地面标志法、直接
31、量距、计数器测距法、断面索直接观读、平面交会法（测角交会、六分仪交会、平板仪交会、)、极坐标交会法、视距法；也可用测距仪、定位系统等设备测定。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 起点距比测：目的是建立计数器读数与实测值之间的关系。每年应对起点距进行一次比测检验，当主索垂度调整，更换铅鱼、循环索、起重索、传感轮和信号装置时，应及时进行比测。由于受缆道主索、循环索、行车以及铅鱼等重量引起的垂度影响，计数器记录的循环索长度并不能表示实际的起点距（水平距离），所以要对起点距进行比测、校正。图2.2-3 起点距比测示意图二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 起点距率定：
32、按照图2.2-3所示，先将铅鱼行车开至起点距零点，同时将计数器读数归零。将运载行车悬吊的铅鱼开至断面不同起点距位置，并读取各垂线位置计数器读数。全站仪架设在断面起点距零点桩，测量对应垂线铅鱼所在位置的实际水平距离，与计数器读数建立关系。起点距比测有关要求：各测速（深）垂线位置的计数器读数确定后，在将行车按顺序开往各垂线位置处，用全站仪测量的起点距与率定的起点距比较，若超出了允许值，应重新进行率定；比测点不少于30个，并均匀分布于全断面；垂线的定位误差不超过河宽0.5%，绝对误差不得成果1米，超过上述误差范围，应重新率定。每次测量完毕，应将行车开回至断面起点距零点处，检查计数器是否归零，当回零误
33、差超过河宽的1%时，应检查原因，并对测距经过进行改正。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 测量方法：a、若河底比较平整的断面，每条垂线应连测两次，两次测得的水深差值不得超过最小水深的2%，取两次水深的平均值；超过2%应增加测次，取符合限差2%的两次测深结果的平均值；当多次测量达不到限差2%要求时，取多次测深结果的平均值。b、若河底为乱石或较大卵石、砾石组成的断面，应在垂线处和上、下游及左、右侧共测5点，取平均值为测点水深。四周局中心点的距离：大河宜0.5米，小河宜0.2米。4.4.水深测量水深测量 测深杆测深：测深杆测深：适用于水深较浅、流速较小的河流。应具有一定的强度和刚度
34、，当受水流冲击时无明显的弯曲和抖动，底部应装20厘米左右带孔圆底盘。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 c、在测船上用测深杆测深，可在距船头1/3处测深，以减少波浪对读数的影响。测量时，测深杆应斜向垂线的上游位置插入水中，当测深杆到达垂线成垂直位置，立即读取水深。测深锤测深：测深锤测深：采用在测深锤上系有的读数标志的测绳进行测深。测绳直径6至8毫米，可选用麻绳、线绳或棕绳等材料，在干湿情况下没有明显的收缩和膨胀。测深时应将测深锤抛向测深垂线的上游，到达到垂线位置，使测深锤正好触及河底并成垂直状态时，立即读取水深。允许误差：每条垂线应连测两次，若河底比较平整的断面，两次测得的水
35、深差值不得超过最小水深的3%，河底不平整的断面不超过5%，取两次测深超过的平均值。当两次测得的水深超过上述限差时，应增加测次，取符合限差的两次测深结果的平均值；当多次测量达不到限差要求时，取多次测深结果的平均值。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 铅鱼测深：铅鱼测深：采用采用悬索悬吊铅鱼，测定铅鱼自水面下放到河底时，钢丝绳放出的长度。适用于水深流急的河流，应用范围广泛，因此是目前江河断面测深的主要测量方法。铅鱼的大小应根据水深和流速而定。悬索的大小应根据铅鱼的重量、水深、流速和过河、起重设备的荷重确定。在缆道上使用铅鱼测深时，应在铅鱼上安装水面和河底信号器。a、读数方法：直接
36、读数法、游尺读数和计数器计数。直接读数当铅鱼触及河底时直接读取悬索上的水深。游尺和计数器计数：当铅鱼触及水面和河底时，分别读取悬索标志的读数（计数器读数），其差值就是水深。b、比测率定：采用计数器测深时应进行计数器率定、测深改正数率定、水深比测等工作。每年应进行一次比测检查，当主索垂度调整、更换铅鱼、循环索、起重索、传感轮及信号装置时应及时率定、比测。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 超声波测深：超声波测深：利用声波在不同介质上具有定向反射的这一特性，从水面垂直向河底发射一束声波，声波通过水体传至河底，以河底的发射作用，以同样的时间路线返回水面。根据传播时间计算出水深。c、
37、计数器测深比测允许误差：当河底较平整或水深大于3米时，相对随机不确定度不超过2%；河底不平整或水深小于3米时，相对随机不确定度不超过4%；相对系统误差控制在1%以内，水深小于1米时，绝对误差不超过0.05米。不同水深的比测垂线数不应少于30条，并应均匀分布。当超出上述限差范围时，应查明原因，予以校正。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 测前准备项目：确定测深垂线、测速垂线、测速历时、检查仪器等；水道断面测量：水深测量（套用断面水深计算），测点深计算；在各测速垂线上实测各测点的流速；必要时在测速同时进行流向测量；观测水位 观测比降水位（根据需要）计算实测流量、相应水位 检查分析
38、流量测验成果 (三三)流速仪法流量测验流速仪法流量测验 1.1.流速仪法流量测验的主要内容流速仪法流量测验的主要内容 流速仪法测流是用流速仪实测断面上一系列测点的流速，并施测断面面积，推求流量的一种方法。“流速仪”常指转子式流速仪。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 我国曾采用的测速垂线数我国曾采用的测速垂线数 精测法：精测法：在断面上用较多的垂线，在垂线上用较多的的测点，较长测速历时的流量测验方法，“多点多线”，为其他测流方法提供参考依据。2.2.测速垂线的布置测速垂线的布置 常测法：常测法：以精测法资料为依据，经过精简分析，在保证一定精度的前提下，用较少的垂线、测点和较短
39、的测速历时进行流量测验的一种方法。简测法：简测法：在保证一定精度的前提下，经过精简分析，用尽可能少的垂线、测点测速的方法。监测法只在特殊水情（如洪水期河流暴涨暴落，浮云频繁威胁测验安全，受变动回水影响回水变化频繁等），需要缩短测流历时或动量增加测次的情况下使用。我国曾采用的精测法、常测法最少测速垂线数目见表2.3-1。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日表2.3-1 我国曾采用的精测法、常测法最少测速垂线数目水面宽水面宽510001000精测法窄深河道561012151515宽浅河道1015202525常测法窄深河道35567888宽浅河道89111313 我国河流流量规范对测
40、速垂线的布设规定我国河流流量规范对测速垂线的布设规定 根据河流流量测验规范规定，测速垂线的布设应满足以下要求：a、测速垂线宜均匀分布，并能控制断面地形和流速沿河宽分布的主要转折点，无大补大割；主槽垂线布设应较河滩为密。b、对测流断面内，大于总流量1%的独股分流、串沟，需布设测速垂线。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 c、随水位级不同，断面形状或流速横向分布有较明显变化的，可分高、中、低水位级分别布设测速垂线。d、测速垂线的位置宜固定，当发生：水位涨落或河岸冲淤，使岸边的垂线离岸边太近或太远；断面上出现死水、回流，需要死水、回流的边界或回流量；河底地形或测点流速沿河宽有较明显
41、变化；冰期的冰花分布不均匀或测速垂线三冻实；冰期在靠近岸冰与敞露河面分界处出现岸冰等情况时，要随时调整或补充测速垂线。e、使用缆道的测站，启用前应对测深测宽仪器、工具及缆索尺寸标志进行率定，并按规定进行比测检查。f、测站测速垂线数目应在满足“流速仪单次流量测验允许误差”情况下，根据选用的潮流方案确定，主流摆动剧烈或河床不稳定以及漫滩严重的测站，宜选取测速垂线较多的方案。g、潮水河的测速垂线数目，可适当少于无潮河流。船测57条，缆道79条，特别宽或窄的河道科酌情增减，但不得少于3条。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日当高低潮水面宽和水深相差悬殊时，应在每个潮流期内根据潮水位涨落
42、情况，调整测速垂线数目及岸边测速垂线的位置。上表是美国在127条不同河流的测站，以每站在断面上布设100条以上测速垂线，进行流量误差统计分析的结果。从表中看出，标准差随测速垂线的增加而减小，即垂线越多，流量误差越小，当垂线在20到35条时，标准差变化不大，但测速垂线少于16条时，标准差突然增大。表2.3-2 测速垂线数对流量标准差的影响 国际标准中测速垂线数目的要求国际标准中测速垂线数目的要求 国际上一般采用多线少点测速。国际标准建议流速仪测速垂线不少于20条，任一部分流量不超过总流量的10%。测速垂线数81112151620212526303135104标准差/%4.24.12.12.01.
43、61.60二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 流速测点分布流速测点分布：采用选点法施测垂线平均流速时，一条垂线上相邻两测点的最小距离不宜小于流速仪旋浆或旋杯的直径；测量水面流速时，仪器的旋转部分不能露出水面；测量河底流速时，应将流速仪下放至0.9相对水深以下，并应使仪器的旋转部分的边缘离开河底25厘米。测量冰底、冰花，离开冰底、冰花边缘5厘米。3.3.流速测量流速测量 流速测点定位流速测点定位：流速仪距离船边的距离不应小于1.0米，小船不应小于0.5米；流速仪可以采用悬杆和悬索两种悬吊方式，悬吊时应使流速仪在水下呈水平状态，单大多数水深或流速较小时，可采用悬杆悬吊；不论采用悬
44、索悬吊、悬杆悬吊，应使流速仪平行于测点当时的流向；采用悬杆悬吊时，应使流速仪在悬杆上能在水平面的一定范围内装有转动。采用悬索悬吊时偏角改正及确定测点位置方法应按照河流流量测验规范中的规定选择。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 测速垂线上测点的数目：按照所选用的测流方案确定，测点流速的位置分布应符合表2.3-3。不具备精测法条件，无法进行精简分析时，畅流期一般宜采用二点法。表2.3-3 垂线上测点流速位置分布水深或有效水深（m）垂线上测点数目和位置悬杆悬吊悬索悬吊畅流期冰 期1.03.0(0、0.2、0.6、0.8、1.0h)(0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0h)0
45、.61.02.03.0三点(0.2、0.6、0.8h)二点(0.2、0.8h)三点(0.15、0.5、0.85h)0.40.61.52.0二点(0.2、0.8h)二点(0.2、0.8h)0.20.40.160.20.81.50.60.8一点(0.6h)一点(0.5h)一点(0.5h)0.160.6改用悬杆悬吊或其他方法改用悬杆悬吊二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 流速历时流速历时：由于流速脉动影响，流速仪在测速历时时间越长，实测时均流速越接近真值。但历时太长不经济，而且受水位变化所时所测的流量会失去代表性。流速脉动误差是偶然误差，如测点较多，它们之间能互相抵消一部分。我国以
46、前的流量测验规范规定：常测法测流，要求测点的测速历时一般不少于100s，流速的相对误差一般在24%；特殊情况下可缩短至50s。简测法的测速历时可缩短至50s,但无论如何不能短于20s。在一次测流过程中的水位涨落差，一般应小于平均水深的20%，否则，应采取减少垂线、测点和缩短测速历时来达到上述要求。GB50179-2015河流流量测验规范规定：有条件进行精简分析的水文站应通过精简分析确定；没有条件进行精简分析或新设测流断二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日面，不应短于100s；采用较少垂线、测点，同时用叫短历时能达到精度要求时，不应短于60s；河流暴涨暴落或水草、漂浮物、流冰严重
47、，采用60s的测速历时仍有困难时，测速历时可缩短至30s；潮流站流速变率较大或垂线数目较多时，测速历时可采用30s60s。出现死水区和回流区时的流量测验：应测定死水边界或回流量。死水区断面面积不超过总面积的3%时，死水区可作流水处理，死水面积超过3%时，应根据以往资料分析确定或目测决定死水边界；死水区较大时，应用低流速仪或深水浮标测定死水边界；断面回流量未超过断面顺流量1%，且在不同时间顺逆不定时，可只在顺逆流交界处布置垂线测定其边界，回流作死水处理；断面回流量超过断面顺流量1%，除测定其边界外，还应在回流区布设适当垂线，并施测回流量。二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 （1
48、 1）转子流速仪的）转子流速仪的工作原理工作原理：水流作用于流速仪的感应元件（转子），产生压力差，形成转动力矩，使转子转动（如图）。4.4.流速测量设备流速测量设备转子流速仪转子流速仪转子流速与水流速度之间的经验公式：V=Kn+c;现标准规定：V=a+bn 式中：K、b流速仪转子的水力螺距 c、a常数 n流速仪转子的转率；n=N/T二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日 （2 2）转子流速仪的类型、结构与使用保养）转子流速仪的类型、结构与使用保养 转子流速仪的组成转子流速仪的组成：主要有感应部分（旋浆、旋杯、旋转支承）、传讯部分、机身（身架、轭架）和尾翼部分等。转子流速仪的类型转
49、子流速仪的类型：根据流速仪转子的不同分为旋浆式流速仪和旋杯式流速仪。国产转子式流速仪简要性能见表2.3-4。旋杯流速仪LS78型二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日旋桨流速仪LS25-3A型二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日表2.3-4 国产转子式流速仪简要性能表系列系列 类型类型仪器仪器 型号型号转子直径转子直径D D/mm/mm最小水最小水H H/m/m起转速起转速v v0 0/(m/s)/(m/s)测速范测速范v v/(m.s)/(m.s)倍常数倍常数K K/m/m信号数信号数/转数转数旋杯式LS681280.150.080.23.50.6700.690
50、1/5LS781280.150.0180.020.50.7600.8001/1LS45600.050.0150.0150.50.4320.4684/1旋桨式LS25-11200.20.050.065.00.2400.2601/20LS25-31200.20.040.0410.00.2430.2571/20LS20B1200.20.030.0315.00.1950.2051/1LS10600.10.080.14.00.0950.1051/20LS1206B600.10.050.077.00.1150.1251/20二、新设站流量测验胡永成大师工作室2023年1月3日LS25-3A型旋桨流速仪结构
