流量測驗

流量測驗

江河渠道流量的實地測量。是水文測驗的基本項目之一。流量是單位時間內通過某一過水斷面的水量,以米3/秒計。

正文

 河流的流量隨時間變化,通常不用實測流量資料來反映流量變化過程,而是用有限的實測流量與相應水位的資料建立水位流量關係,然後用連續的水位觀測資料通過這個關係推算流量的變化過程和特徵值。流量測驗的次數及在高低水位間的測次的分配,要滿足確定水位流量關係的需要。流量是江河、湖泊水庫等水體的重要水文特徵,它決定水資源利用的可能性。流量數值是各種水工建築物的規劃、設計和管理的重要依據,城市給水、排水、航運、引水和分流等措施都需要流量資料。
流量測驗方法按其原理分為三大類,每類又有若干種。
流速-面積法 基本原理是:通過橫斷面上某單元面積的流量是該面積與流速的乘積,分別測出各個部分的面積(即測量水深和距離)和流速,即可求得流量。按流速測量的方法,流速-面積法又分以下幾種:
流速儀法 這是最基本的方法。常規的作法(圖1)是:垂直於流向設定斷面,沿斷面設若干垂線,將過水斷面劃成若干部分。在各垂線上用流速儀施測流速,用測深桿、測深錘(鉛魚)或回聲測深儀測出各垂線的水深,並測定各垂線位置同岸邊起點的距離,從而得出各垂線的間距。算出垂線間各部分的面積和平均流速,並相乘,即得各部分的流量,各部分流量的總和,即為斷面流量。如垂線較多,而且垂線上有足夠的測點,此法精度較高,往往作為各種方法比較的標準。此外,還有動船法,即測船沿著斷面,邊橫渡,邊測量;用特製流速儀測速,用回聲儀測深,推算流量。精度略低而測流所需的時間短得多,宜用於測次要求較多的平原大河;積寬法,利用水文纜道懸吊流速儀沿斷面移動測速,宜用於有纜道的測站。 浮標法 是利用浮標的標誌物顯示流速的測流方法,浮標型式按形狀分有水面浮標、浮桿、 雙浮標等(圖2)。水面浮標法對漲落急劇的中小河流洪水測量,較為適宜。浮桿和雙浮標則常用於小流速的測量。 比降法 把實測的水面比降,斷面數據和本站的或借用其他測站的糙率值,代入適當的水力學公式計算流速和流量。通常使用曼寧公式:

流量測驗

式中υ為流速;n為糙率;Rh為水力半徑(常可用平均水深代替);J 為水面比降;Q為流量;A為斷面面積。此法精度較差,只在不能使用其他方法時採用。洪水調查時,常用此法。
超音波法 在兩岸與水流斜交,設定一對或幾對發射和接收超音波的裝置。超音波斜向下游的傳播速度大於斜向上游的,其傳播時間之差同流速成函式關係。利用這個原理,測量某一層或幾層的平均流速,結合面積資料算得流量。此法操作簡單,可以自記、遠傳,並能迅速頻繁地工作,適用於水位流量關係不穩定、需要大量測次的斷面上。但此法設備費用高,而且在水中氣泡、漂浮物和泥沙多的情況下,可能失效。
電磁法 在河底設定線圈,通入電流產生磁場,水流切割磁力線,產生與水流速度成正比的電動勢。用此原理測記流速,推算流量。此法一般只用於比降變動頻繁的小河或渠道的流量測驗。
量水建築物法 基本原理是,通過跨河的量水建築物的流量與上游水頭、上下游水位差等存在函式關係,因此只須在斷面上設定標準型式的量水堰或量水槽,觀測上游或上下游水位,即可用水力學公式推算流量。公式中的流量係數在實驗室用模型率定或在典型站上用現場率定。此法精度較高,工作方便,但測流設備造價高,一般用於中小河流。河流、渠道和水庫上的堰閘等水工建築物,在條件適合時,也可用於流量測驗,但流量係數要根據現場實測一定次數的流量資料來確定。
稀釋法 基本原理是,在河段上游投入的示蹤劑,隨水流經過一定流程後在水中稀釋、混勻,但總量不變。稀釋倍數同流量成比例。按示蹤劑的數量和下游示蹤劑濃度的檢測資料,計算流量。用此法不要求水流平順,相反,要求水流紊動,使示蹤劑能迅速混勻。宜用於水流紊動的地方。示蹤劑有化學鹽類、螢光染料和同位素等。使用前兩種,能檢測的最低濃度數值較大,一般只能用於小流量。後一種能檢測到很低的濃度(可達10-9),因而可用於較大河流,但以不危害環境為限。
受潮汐影響的河流,流速變化較大,而且可能順、逆不定,要選擇若干個潮流期,連續測量。結凍的河流,冰蓋在水流上側形成封閉邊界,要開鑿冰孔測深、測速。計算面積時,要扣除冰層和冰花侵占的面積。
參考書目
 水利電力部水利司主編:《水文測驗手冊》,第1冊,水利電力出版社,北京,1975。
 WMO,Guide to Hydrological Practices,WMO-No.168,1981.

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