明渠流量监测设备方法介绍 - 声学多普勒流速仪adcp

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明渠流量监测设备方法介绍

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一、超声波时差法：通常超声波时差法测量系统包含超声波换能器（测断面流速）、水位计、主机、电缆。该系统以超声波时差法为计算依据，测量过水断面的流速，并根据该断面的已知渠宽，和水位计测得水位高度，计算得出断面过水流量。图2-1为超声波测量系统安装示意图，超声波换能器安装在渠道边壁两岸，主机设立在岸边。

根据渠道的宽度选择斜交叉布置在河两岸换能器的配对数量。超声波换能器主机控制从河道的一岸顺流发射超声波，另一岸接收，然后再反向进行工作。根据顺、逆流传输测得时间差计算出相应水层的平均流速。液位通过压力水位计或超声波液位计测的。

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该仪器的最大特点是在线连续测量，缺点：

1.换能器是安装在河的两岸，主机只能放在某一岸，而另一岸的换能器信号线则需从河底或高架过河。无能从河底过或是高架过河，施工都会有一定的困难，无疑增加了工程量和成本。当然也可以采用无线传输的方式，但需增加额外的设备GPS接收机，实现时钟同步。

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2.超声波换能器不能装太浅也不能装的太深。若装的太浅，当渠道水位下降，换能器会裸露在空气中，无法测量流速。换能器长期裸露在外，换能器功能容易失效。若换能器装的太深，测的流速不能体现整个断面流速。

3.超声波换能器需在渠道没通水的情况下安装。对一些不能停运的渠道来说，施工比较困难。另外，换能器的安装对施工人员要求较高，不能随意安装。

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二、声学多普勒流速剖面法：ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流的速度的剖面仪器。ADCP一般配备1到4个换能器，每个换能器与ADCP的轴线成一定的夹角。单个换能器既是发射器又是接收器。换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水中颗粒物散射回来的声波，计算发射出去的声波与水中流动的固体颗粒反射回来的声波两者之间的频率差与固体颗粒的数度关系，得到颗粒的流速。因此，ADCP直接测量的并非是水流的速度，而是水流中固定颗粒的流速。ADCP分为两类，一类为固定式ADCP，另一类为走航式ADCP。

固定式ADCP又分为V-ADCP和H-ADCP。V-ADCP是安装在河床或渠道底部一类ADCP，通常1到3个换能器。H-ADCP为安装在渠岸边壁的一类ADCP。图2-2为V-ADCP安装示意图，主机安装在渠岸，换能器安装在渠底。

目前ADCP产品基本为国外产品，价格昂贵。本产品缺点：

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1.ADCP直接测量的流速为水中的固体颗粒流速，非水流本身速度。如果水流中无固体颗粒或很少，则ADCP测的流速和水流速会有差异。如果水流中的沙子含量超过5公斤/立方米，ADCP将不能正常工作。

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2对于水位经常变化，而且变化较大的渠道，采取渠岸边壁安装时，需要建立图2-5所示轨道便于随时调节，ADCP在水下的深度，无疑会增加工程量以及相关费用。

3.灌溉季节过后，安装在渠底或渠岸边壁的换能器会暴露在空气中，换能器容易损坏。

4.安装在底部的换能器，容易被泥沙或杂物覆盖如图2-6所示，造成系统无法测量。

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5.河底安装式ADCP，水深需超过35cm，才能测流速。河岸边壁式安装ADCP，水深需超过2米，才能测流速。

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6.固定式ADCP通常需外接雷达水位计或浮子水位计，增加额外成本。

7.ADCP需在渠道没通水的情况下安装。对一些不能停运的渠道来说，施工比较困难。另外，ADCP的安装对施工人员要求较高，不能随意安装。