水力要素量測

（1）水面量測( water level measurement)：對水體自由表面位置的測定。水面量測是水工、河工、港工試驗中重要量測項目之一，主要用于量測水位和波浪。

水位量測往往要與基準面的高程相聯(lián)系，對量測儀器的準確度和長期穩(wěn)定性有較高的要求。常用的儀器有測針和自動跟蹤水位計等。

波浪量測是通過測定水面波動的過程，從而推算出波高、波周期、波譜特性等參數(shù)。由于水面波動較快，故對量測儀器的動態(tài)特性有一定要求。波浪的量測可采用各種形式的波高儀。

現(xiàn)代的水工試驗，不論是水位還是波浪的量測，都采用電腦對水面量測的數(shù)據(jù)進行集中采集和數(shù)據(jù)處理。

（2）流速量測( flow velocity measurement)：對水質(zhì)點運動速度的數(shù)值大小及方向的測定。流速量測是水流實驗中重要的量測內(nèi)容之一。

在恒定流中，一般進行時均流速的量測；而在非恒定流中，則要量測流速隨時間的變化過程。對變化緩慢的非恒定流（例如潮流）可用間隔一定時間量測一短時段內(nèi)時均流速的辦法來反映流速變化過程：對于脈動流速（不論在恒定流或是非恒定流中）的量測，都要測得流速隨時間變化的動態(tài)過程，并分析出流速脈動的頻率和強度等。

嚴格說來，為了描述流體的流動要進行三維流速量測。但不少試驗可忽略某一方向的流速，簡化為二維的流速量測。在某些管道流、明渠流中甚至可簡化為一維流速量測。

（3）流量量測（實驗室）( flow measurement in lab: discharge measurement in lab)：對單位時間內(nèi)通過某一過水斷面的流體體積的測定。測定流量的儀表稱為流量計。目前實驗室內(nèi)常用的有壓差類、堰槽類、轉(zhuǎn)子類、電磁類、超聲類等幾種類型。

（4）水溫量測( water temperature measurement)：使用溫度計對水體溫度場的測定。在與熱力因素有關的水力學試驗中，水溫是主要的量測項目之一。

（5）摻氣濃度量測( air concentration measurement) ：對水氣二相流中空氣濃度的測定。為了研究摻氣水流運動規(guī)律，有必要測定水流斷面平均含氣濃度及點時均含氣濃度和脈動含氣濃度。測量方法有多種，如水面線估量法、光學法、取樣法、同位素法、電學法等，常用的有取樣濃度儀、y射線濃度儀、電阻濃度儀及針形點摻氣濃度儀4種。

（6）壓強量測(pressure measurement)：對流體作用于單位面積上的法向力的測定，壓強通常分為相對壓強和絕對壓強。前者是測點水壓強與大氣壓強之差：后者是包括大氣壓強在內(nèi)的總壓強。測定壓強的儀表稱為壓力計，按其作用原理可分為液柱式壓力計、機械式壓力計和電測壓力傳感器等。

包括水面量測、流速量測、流量量測、壓強量測、水溫量測、流動顯示、摻氣濃度量測、空化噪聲量測、水激振動量測等。

水力量測儀器分靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)量測儀器量測不隨時間變化的水力要素值，動態(tài)量測儀器量測各種水力要素瞬時值。

水力學試驗折疊水位和壓強測量

水位可直接用木或金屬制成的直尺插入水中測讀，或在水槽側(cè)壁開孔，外接測壓管讀出槽中水位。實驗室中明槽水位或側(cè)壓管水面相對高度可用測針施測。有壓管流壓強或水工構(gòu)筑物上壓強分布同樣可用測壓管或差壓計測讀。

水力學試驗折疊流速測量

① 畢托管測速。用畢托管量測液體內(nèi)點上的時間平均流速時，將畢托管正對流速方向，管中水柱升高值h=u/2ɡ，根據(jù)測定的h值算出點上流速u。

② 熱膜流速儀測速。其原理是借測定探頭上金屬膜的散熱率，估計流經(jīng)探頭的流體速度。金屬膜散熱率的大小影響電位差，從而記錄出流速。熱絲測速儀基于同樣的作用原理，探頭為一根極細的鉑絲或鎢絲，是量測紊流脈動流速的有效工具。熱絲流速儀更多地用于空氣流速的測量。

③ 激光流速儀測速。利用激光對水流中示蹤顆粒運動的多普勒效應測得的光頻率變化，通過瞬時速度與頻率變化的線性關系即得瞬時速度。它的最顯著的優(yōu)點是不需要在水流中放入感應部分，因而對水流無干擾，其分辨率也很高。示蹤顆粒一般可利用天然水本身所含雜質(zhì)。

④ 示蹤測速。示蹤測速法有:

（a）河流水面放置浮標，通過浮標速度的測量測定平均流速；

（b）水槽水面放置紙花，或滴注比重接近于水的四氯化碳和二甲苯的適當混合液體，用連續(xù)攝形法配合水槽側(cè)墻上網(wǎng)格坐標計算流速，在水流斷面上垂直于流向安設金屬絲作為陰極，銅板陽極可以放在水流其他任何合適位置。通電后，沿金屬絲產(chǎn)生氫氣泡，從所觀察的氫氣泡運動了解水流情況，稱為氫氣泡顯示技術(shù)。如果引入脈沖電流，沿導線將產(chǎn)生一排一排的氣泡，就可測量局部流速分布。

⑤ 旋杯流速儀和旋槳流速儀測速。是將水流動量轉(zhuǎn)換成對旋杯或旋槳的沖量，用于河流流速測量。小形旋槳流速儀，可用于實驗室測速。

水力學試驗折疊流量測量

① 用標準容器或衡器直接測量固定時段內(nèi)流入容器的水的體積或水的重量，以計算流量；

② 利用量水堰流量公式和實驗確定的流量系數(shù)計算流量；

③ 利用文丘里管、孔板與管嘴，通過測定上下游斷面壓強差以計算流量；

④ 沿河流斷面將斷面分割，用流速儀測定每一分斷面的平均流速，測定分斷面面積求流量，然后疊加求出全斷面流量。

近代水力要素量測趨于自動化。自動化量測使測點定位、移位、信息判讀、采樣儲存、數(shù)據(jù)處理及成果顯示打印等全過程由量測系統(tǒng)的設備自動完成。目前，也出現(xiàn)了整個試驗過程自動閉環(huán)控制與檢測。在試驗中水力要素被傳感器檢測，一方面顯示記錄，一方面經(jīng)過傳感器反饋執(zhí)行器，對試驗條件進行預定的調(diào)整。2100433B

水文站觀測的水文要素包括水位、流速、流向、波浪、含沙量、水溫、冰情、地下水、水質(zhì)等；氣象要素包括降水量、蒸發(fā)量、氣溫、濕度、氣壓和風等。