水资源计量及监测方法与设备

水资源计量及监测方法与设备

1.1 一般规定

1.1.1 水资源计量及监测分为地表水流量监测和地下水监测；地表水流量监测分为明渠取水计量与监测和管道取水计量与监测，地下水监测分为地下水位监测和地下水水量监测。

1.1.2 明渠取水计量与监测根据河道及明渠断面、水流等实际情况可以选用流速面积法、水工建筑物法、堰槽法、比降面积法、末端深度法等。明渠取水计量与监测测验断面选择应满足GB50179-2015的有关规定。

1.1.3 管道取水计量与监测指封闭有压管道（满管）的流量测量，流量传感器有电磁流量计、超声流量计以及电子远传水表等，可输出瞬时值和累计值。非满管流量测量可参考明渠取水计量与监测。

1.1.4 流速面积法按测量流速的方法和仪器分为测量点流速的流速面积法、测量剖面流速的流速面积法和测量表面流速的流速面积法。

1.1.5 用于水资源计量与监测的水工建筑物其边界条件和水力条件应符合SL537-2011的有关规定。

1.1.6 水资源计量与监测常用的测流堰主要形式有矩形薄壁堰、三角形薄壁堰、矩形宽顶堰、圆缘宽顶堰、锐缘矩形宽顶堰、V型宽顶堰、梯形宽顶堰等。测流槽主要适用于较小河流或人工河渠的水资源计量与监测，可以用于高精度连续水资源计量与监测，主要形式有巴歇尔槽、孙奈力槽、矩形槽和无喉道槽。

1.1.7 比降面积法是利用明渠测验实测水位和断面资料，利用水力学公式计算瞬时流量的方法，当测验河段基本顺直，无明显收缩或扩散，河床稳定，无冲淤变化，水位等要素与糙率有较好的相关性，糙率实测资料大于10年，可以使用比降面积法进行水资源计量监测。

1.1.8 末端深度法水资源计量与监测适用于渠底水平或平缓倾斜，渠底末端有坎跌，能形成自由射流的断面，主要测量要素有末端水深和临界断面面积。

1.1.9 当流量监测断面能建立稳定可靠的水位流量关系时，可采用水位流量关系推流。标准断面水位流量关系法、水位+点流速测流法在不具备长期率定（比测）条件和能力的站点不建议采用。

1.2 流速面积法监测要素与设备

1.2.1 流速面积法的监测要素有断面平均流速和过水断面面积。根据测定流速方法的不同，流速面积法分为测量断面上各点流速的流速面积法，测量表面流速的流速面积法，测量剖面流速的流速面积法。

1.2.2 测量点流速的流速面积法，适用于小型规整断面监测，断面顺直稳定、流速分布均匀，能通过率定得到点流速与断面平均流速的稳定关系，主要使用转子式流速仪、声学点流速仪、电波流速仪、电磁点流速仪等。点流速仪的应用要求如下：

a)转子式流速仪一般应用于水资源计量与监测的流量率定与比测，测速过程中水位变

化应小于平均水深的10%，垂线水深应满足一点法测速的必要水深。测速范围旋杯

式流速仪一般在0.015m/s～4.000m/s之间，旋浆式流速仪一般在0.030m/s～

15.000m/s之间，起转速度应比测速范围的下限值至少低10%。旋杯式流速仪一般

应用于深水低流速低含沙量的流速测量；

b)声学点流速仪应用声学多普勒效应原理，可测平均点流速。采用超声换能器，用超

声波探测流速，不破坏流场，测量精度高、量程宽，分辨率高、响应速度快，可应

用于泥沙含量高的断面流速测量；

c)电波流速仪利用多普勒效应测量水体表面点流速，属于非接触式测流，通过率定表

面点流速与断面平均流速的关系计算断面平均流速。电波流速仪不适宜作为常规的

流量测验手段，一般用于代替浮标法进行特殊情况下的应急测流。使用时应满足河

道平顺、液态稳定、风浪较小、无冲淤变化、不受回水跌水影响、经率定验证点流

速与断面平均流速的关系稳定；

d)电磁点流速仪利用电磁感应定律可以测量水体某一点的流速，通过率定点流速与断

面平均流速的关系计算断面平均流速，一般应用于点流速与断面平均流速关系稳定

且不易淤积的测验断面，但水的电导变化会影响测速的准确性。

1.2.3 测量剖面流速的流速面积法，主要使用声学多普勒剖面流速仪、声学时差法流速仪。剖面流速仪的应用要求如下：

a)声学时差法利用声波在顺流和逆流传播时差测量横跨断面的一个或几个水层的线

平均流速，利用这些水层的线平均流速和断面平均流速建立关系，推求断面平均流

速。应用于测验断面稳定，无明显冲淤变化，无水草生长和气泡影响，断面水位面

积关系稳定，层流速分布均匀，含沙量和悬浮物较小的场合；

b)声学时差法根据断面宽度选择相应的频率，频率选择应按表1规定：

表1 频率与河宽关系表

c)声学时差法在断面较宽、线缆布设困难时可采用无线方式；水深较浅或水位变幅较

小且水流平稳时可采用单声道布设；水深较大或水位变幅较大时应布设多条声道，

水位流态不稳或断面顺直度不够时宜采用交叉声道布设；

d)声学多普勒剖面流速仪利用声学多普勒效应原理测量水流剖面速度，按照用途和安

装方式有走航式和定点式，其应用要求为：

1)定点式声学多普勒剖面流速仪按照安装及测验方式分为垂向和横向流速测验，

横向流速测验一般适合于中型、水位变幅不大的河道。受传感器发射角的限制，

不同的河宽对水深有相应的要求，应根据河道宽度与水深选择流速仪，常规声

学多普勒剖面流速仪技术参数见表2。

表2 常规声学多普勒剖面流速仪技术参数表

——测流断面河床稳定，无明显冲淤变化，无水草影响；

——测流断面呈矩形、U形形状，断面水位面积关系稳定；

——测流断面流态稳定，无回流漩涡，流速分布均匀，层流速分布有规律；

——测流断面水位变幅较小，含沙量小。

垂向代表线法安装可采用俯视式测流和仰视式测流两种方法。俯视式测流仪

器可安装在浮台上，仰视式测流仪器可安装在断面底部基座上。其测流应符

合下列规定：

——垂线代表线法，代表线的数量、布设位置应通过试验优化确定；

——垂线代表线法测速频次可根据水情变化情况、模型推流的需要确定；

——适当增加断面测量次数，减少误差；

垂向代表线法安装对断面的要求如下：

——非通航河道；

——测流断面河床稳定，含沙量小，无明显冲淤变化，无水草影响；

——断面水位面积关系稳定；

——测流断面流态稳定，无回流漩涡，断面流速分布均匀。

2)走航式多普勒剖面流速仪应根据所测断面水深、流速以及含沙量情况选用合适

频率的声学多普勒流速仪，根据测验现场条件需要配置相应的外接设备，外接

设备有GPS、罗经和测深仪。

1.2.4 断面面积测量包括水深测量和断面起点距测量。水深测量一般使用测杆、测绳以及测深仪，断面起点距测量有固定标志法、绳长计数器测距法、仪器交会法。对于规则断面测量明渠输水断面面积通过测量水位借用断面资料建立水位-面积关系计算得到，也可用走航式ADCP或多波束测量仪器进行测量得到。水位测量仪器主要使用水位测针、悬垂式水位计、浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计、雷达水位计、激光水位计、电子水尺。水尺是一切水位测量的基准。

1.3 水工建筑物法监测要素与设备

1.3.1 水工建筑物法的监测要素有河、渠、湖、库已有的堰闸、涵洞、泵站、水电站等水工建筑物的水位、水头、闸门开度等水力因素。通过率定分析或水力学试验，确定流量系数或效率系数，用水力学公式计算流量。

1.3.2 水位或水头监测采用的水位计可以是浮子式水位计、电子水尺、磁致伸缩液位计、超声波水位计和雷达水位计。

1.3.3 河、渠堰闸上游水位计应安装在堰闸进口渐变段的上游水位平稳处，其距离应符合表3规定，当堰闸上游水流受到弯道、浅滩等影响可能产生横比降时，则应在两岸同一断面线上分别安装水位计。

表3 上游水位测量断面距堰闸距离单位为米