超音波測流

利用超音波在水流中的傳插特性來測定流速及流量。

基本介紹

• 中文名：超音波測流
• 外文名：Dischargemeasurement by ultrasonic method

工作原理

超音波測流其基本原理是通過設在河道兩岸等高並斜向水流的超聲換能器（聲波與電能間的轉換）從兩個方向同時或先後往返發射聲脈衝，已知聲脈衝從上遊方向向下遊方向發射和從下遊方向向上遊方向發射的傳播時間之差（即逆流與順流傳播時間之差），即可求得聲道平均流速，從而計算換能器所在的某層水深處水流平均流速和水流通過全斷面的流量。

系統組成

超音波測流由四個組成部分：（1）水下裝置，包括發收共用的換能器（一般由鋯鈦酸鉛或壓電陶瓷片製成）及其固定裝置，如鐵軌等；（2）水上裝置，由計算器控制的發收報機，計時器，數據處理器以及顯示、記錄、列印和遠傳的電子設備；（3）聯接兩岸的水下鎧裝電纜或架空電纜的傳輸線路，也可以用無線傳輸並構成自動遙測系統；（4）自記水位計和測深等輔助設備。

適用條件

超音波測流具有操作簡捷、不擾動水流、成果比較精確（誤差在±5%以內）、可在岸上測得瞬時的連續的流量並保證人身安全等優點。因此（1）可用以遠傳實測流量，成為遙測系統的組成部分；（2）特別適於困難條件下的測流，例如在回水、潮汐影響下水位流量關係不穩定時，此法進行測流，方便可靠。但設備投資較高、技術比較複雜，使用要求相當嚴格。且在水草叢生、氣泡影響、含沙量大以及水溫變化急劇之處，不易採用。

檢定試驗

檢定試驗方法要點是：（1）如用一對換能器施測水面以下一層（一般放在斷面平均水深6/10處）平均流速，它與斷面平均流速的關係可通過多次流速儀法測定的成果相比較求k值。（2）如用多對換能器施測水面以下平均流速，則可直接計算斷面平均流速（k=1），也需與流速儀測流成果相比較，以探求最有代表性或k值比較穩定的換能器安放位置。（3）如因河道水流比較紊亂，聲道布置可由單線改為算雙線（呈V形或X形），求其平均值以減少測驗誤差。（4）必要時還需要按水溫，含鹽度C值校正。此外，還需注意安裝避雷設備和防止水中氣泡的干擾。

使用情況

據1982年美國地質調查局統計，國際上約有90餘處用此法測流。國際標準化組織於1982年提出超音波測流的標準。此外，在水電站、灌區、城市供水與排水的管道和水工模型試驗中，也常使用超音波測定流速、流量，並已有多種產品在國際上推廣使用。中國湖南省水文總站於1974年研製超音波測流儀獲得成功，並在湖南湘江支流瀏陽河的梨水文站正式安裝使用。該站為通航河道，賀寬140~170m，聲道170~200m，電纜傳送信號，可多層施測，曾與流速儀法做過大量比測試驗，誤差一般不超過±3%。用此法於1974年實測最大一層平均流速1.82m/s，實測該站歷時上最大流量2370立方米每秒。20世紀70年代末至80年代初還在湖南、浙江兩省和上海市的大中河流和潮水河上安裝使用，功效均較滿意。