探究测流新技术在水文领域的应用与发展

探究测流新技术在水文领域的应用与发展

叶浩俊

龙游县林业水利局，324404

摘要：近几年，随着科技水平的不断提高，水文部门对自然水体的监测能力也有了长足的进步。利用水文测流技术，可以对目标水源的水位、流速和流量等进行全面的了解。水流是水文学研究的一个重要内容，通过对水流特性的研究，了解水流特性，了解水流的时间与空间分布特征，进而揭示其规律。当前，国内已有多种观测水流手段，本文就水文测流技术方法与发展作一简要介绍。

关键词：水文测流；测流技术；测流设备；分析

为了测流需要，必须在断面上安装一个测流装置，用一种科学、合理的测流方式测出水截面的速度，然后按照对应的水位来推算出水面区域关系，以此来求取平均值的流量。通过率定水流量试验，根据率定水流量关系，也可推导出各时段内的水量。

1.我国水文测流的发展现状

1.1水文测流工作压力较大

我们国家幅员辽阔，疆域广大。所以各地设立的水文站点的数量很多，分布范围也很大。近年来，由于水文测流检测技术的不断完善，水文测站的数目也在不断增加。然而，在目前的情况下，相关的专业工作人员并未增加，因此，相同的人手要用在更多的工作上，从而导致了水文测流工作的压力不断增大。有的测站无人值守，有的测水仪器也不完善，往往几个测站轮流用同一仪器。

1.2水文测流工作易受影响

目前，国内有相当多的水文测流站在进行测流时，仍采用常规的水文测流方式，水文测流结果对河道形状、水情等自然因素的影响较大。有些水文测流站断面较宽，不能用常规的水缆道进行测流，另外一种船载ADCP也不适用于流速较大的站，这使得目前进行的水文测流工作极易被各种因素所干扰，对随后的水文监测工作产生了一定的影响。

1.3水文测流设备导致的问题

在发生了自然灾害之后，就不能对水文状况进行切实有效的监测。比如，洪水过后，水文监测装置经常被破坏、遗失，或者水面上有大量的漂浮物，从而对水文测流工作造成了很大的影响。此外，由于自然灾害，工作人员不能到达现场作业，致使后期水文监测工作不能获得第一手数据，从而影响了后续的监测工作。

2测流新技术在水文领域的应用

2.1流速仪测流技术

流速仪测流技术是目前水文测流技术中比较常用的一种测流手段，它是利用测流船或者缆绳作为辅助手段进行测流的。该方法在我国已有一定的历史，是一种较为成熟的测流方法，其测流结果具有很高的精度，且不需要另外添加测试装置；目前，该方法已成为国内重要的测流手段。然而，该方法需在同一断面上选择多个测流测点，耗时长，不能实现实时或在线的流量测流。因此，流速仪测流技术在实际应用中还存在一些不足。

2.2多普勒水流剖面仪测流技术

多普勒流动剖面计是一种具有应用范围广、测流精度高、测流耗时少等特点的便携式测流仪器；多普勒流动剖面仪量测一次量测可以对目前试验水域的断面、水深和流速进行精确的测流。所以，在江河湖和其他一些特定的剖面上，该测流方法已逐步被推广和开发。

2.3全自动水文测流技术

2.3.1声学多普勒横向流量测流技术

该测流技术中，传感器通常布置在水域岸边，以横向或倾斜的方式发射光束，覆盖全水面，从而实现了水面流速的实时监测。该方法利用埋设在水下的传感器探头将超声波发送到另一端，在此过程中，当超声波与水体中的悬浮物发生碰撞时，将被反射回来的声波接收，从而获得水流速度的差异。另外，使用声学多普勒横向流量测流技术，可以使用现场数据采集器将流速测流传感器传回的数据和信息进行运算，可以直接得到目前的水文流量，这样的测流方法适用范围更广。

2.3.2基于垂向ADCP测流方案

该方法以曼宁公式为依据，以水力学为切入点，利用比例关系提高流量的准确性。该方法是在水体的边上设置一个测流传感器，利用一层的流速来算出，该方法的设置和确定方法比较简便，可以应用于中小型河流断面流量的自动化检测工作。而在水位变化比较大的地段，则要增加一台自动提升设备，这样就可以检验工作效率了。另外，在进行多普勒垂直代表性线测流时，还需满足断面宽深比不大于15:1、流动稳定性等相关指标。

2.4无人机雷达水文测流技术

2.4.1无人机水文测流系统的组成

近几年来，无人机技术迅速发展，目前已逐步用于水文监测工作。基于无人机的水文测流系统，它包括雷达测速仪、高清摄像机和其它一些辅助设备，如计算机。利用无人驾驶的雷达测速仪可以测流水面断面，测流时不会和水面发生直接的接触，将速度数据传输到电脑中，用于智能分析。在此过程中，高清摄像机也可以对其进行实时录像，让测流工作人员了解到现场的状况和周围的环境，为测流工作的正常进行提供了有力的支持。

2.4.2无人机水文测流系统的价值

无人机测水系统可以由操作者遥控来完成对水面的测流工作，它不但可以节约大量的时间和资源，而且可以适用于各种不同的地形，从而提高了大量的河道测流工作的效率。提高水文学数据的采集水平。另外，利用该技术，实现了对突发事件后的实时水文监测。总之，该方法可以提高工作效率，减少人工投入，实现遥测；它可以让工作人员无法到达的地方，进行观察，这是一项非常重要的工作。

2.4.3无人机系统测流系统的发展

随着无人机技术的不断发展，水文量测仪也有了很大的发展空间。在以后的日子里，它还可以用来升级无人机的装载系统，经过改装之后，它的观察能力将会变得更加强大。同时，也可强化传送方法的方便性，扩大传送信息的渠道，提高数据传送的效能。另外，还可以开发自动观察软件，设置无人驾驶飞机飞行路线，并将探测到的数据自动返回，生成完整的水文测流结果。

3.测流新技术展望

3.1加强综合数据采集

结合实际情况，利用物联网技术开发出多种自动化监控模块，以提高实时、联机水文数据收集的效率。持续提高实时水位资料代表性的同时，加强ADCP和声波流速仪等仪器的使用，探讨以表面平均速度或特征点速度来表征断面的平均速度，提高测流结果的精度。

3.2强化自动审核机制

加强监控平台的自动化审计机制，通过对实际资料和历史资料的比对分析，做到三个限定，最大限度地杜绝了因来源资料差错引起的误报、误报和漏报。第一个限定是利用人工水尺观测资料校正自动水位数据；第二个限定是基于表面平均速度估计水下速度范围；第三个限定是强化横断面的变化监测，以及断面以上降水资料的监测。

3.3完善数据处理模型

改进了调节台段的速度与流量的计算模式，以提高其计算的准确性和有效性。为了尽可能减少误差，缩短时间，应结合站点的实际条件，选用流速面积法、剖面褶积法、水位流量法等，并通过试验验证。

3.4重视数据成果发布

强化监测系统实时监测结果的生成与公布，为防洪减灾与工程调度、水资源管理与工程施工管理提供全面的支持。在借鉴防洪减灾体系建设与管理的基础上，县级水利管理部门可以根据上下游、左右岸的实际情况，根据实际情况，制定并公布相应的监测结果，提高预报的有效性。

4.结语

总而言之，在分析和探讨目前常用的水文测流技术方法后，可以看出，每一种测流方法都具有其特有的特点，并且在不同的监测条件下也各有各的优点。其中，多普勒水流剖面仪和无人机雷达探测技术将为我国的水文监测工作提供更高质量的探测方法。在将来，随着国家科技水平的提高，将会研制出更加完善、更加精确的测流技术，这将对将来的水流量测量起到非常大的推动作用。

参考文献

[1]武晶.无人机水文测流技术应用初探[J].水利科技,2018(04):23-24.

[2]范寒柏,贾少栓,左保收,李瑞琪.单波束声学多普勒流速仪设计[J].仪表技术与传感器,2016(09):37-40+97.

[3]胡永成,金俏肖,胡红英.声学时差法测流技术在毕浦电站尾水渠中的应用[J].浙江水利技,2016,44(04):87-92.