水力要素量測類型

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

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

水位量測往往要與基準(zhǔn)面的高程相聯(lián)系，對(duì)量測儀器的準(zhǔn)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(dòng)跟蹤水位計(jì)等。

波浪量測是通過測定水面波動(dòng)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(dòng)較快，故對(duì)量測儀器的動(dòng)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(yàn)，不論是水位還是波浪的量測，都采用電腦對(duì)水面量測的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中采集和數(shù)據(jù)處理。

（2）流速量測( flow velocity measurement)：對(duì)水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的數(shù)值大小及方向的測定。流速量測是水流實(shí)驗(yàn)中重要的量測內(nèi)容之一。

在恒定流中，一般進(jìn)行時(shí)均流速的量測；而在非恒定流中，則要量測流速隨時(shí)間的變化過程。對(duì)變化緩慢的非恒定流（例如潮流）可用間隔一定時(shí)間量測一短時(shí)段內(nèi)時(shí)均流速的辦法來反映流速變化過程：對(duì)于脈動(dòng)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(shí)間變化的動(dòng)態(tài)過程，并分析出流速脈動(dòng)的頻率和強(qiáng)度等。

嚴(yán)格說來，為了描述流體的流動(dòng)要進(jìn)行三維流速量測。但不少試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室）( flow measurement in lab: discharge measurement in lab)：對(duì)單位時(shí)間內(nèi)通過某一過水?dāng)嗝娴牧黧w體積的測定。測定流量的儀表稱為流量計(jì)。目前實(shí)驗(yàn)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(jì)對(duì)水體溫度場的測定。在與熱力因素有關(guān)的水力學(xué)試驗(yàn)中，水溫是主要的量測項(xiàng)目之一。

（5）摻氣濃度量測( air concentration measurement) ：對(duì)水氣二相流中空氣濃度的測定。為了研究摻氣水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有必要測定水流斷面平均含氣濃度及點(diǎn)時(shí)均含氣濃度和脈動(dòng)含氣濃度。測量方法有多種，如水面線估量法、光學(xué)法、取樣法、同位素法、電學(xué)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(diǎn)摻氣濃度儀4種。

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

水力量測儀器分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)量測儀器量測不隨時(shí)間變化的水力要素值，動(dòng)態(tài)量測儀器量測各種水力要素瞬時(shí)值。

水力學(xué)試驗(yàn)折疊水位和壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室中明槽水位或側(cè)壓管水面相對(duì)高度可用測針施測。有壓管流壓強(qiáng)或水工構(gòu)筑物上壓強(qiáng)分布同樣可用測壓管或差壓計(jì)測讀。

水力學(xué)試驗(yàn)折疊流速測量

① 畢托管測速。用畢托管量測液體內(nèi)點(diǎn)上的時(shí)間平均流速時(shí)，將畢托管正對(duì)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(diǎn)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(jì)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(xì)的鉑絲或鎢絲，是量測紊流脈動(dòng)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(duì)水流中示蹤顆粒運(yùn)動(dòng)的多普勒效應(yīng)測得的光頻率變化，通過瞬時(shí)速度與頻率變化的線性關(guān)系即得瞬時(shí)速度。它的最顯著的優(yōu)點(diǎn)是不需要在水流中放入感應(yīng)部分，因而對(duì)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(biāo)，通過浮標(biāo)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(dāng)混合液體，用連續(xù)攝形法配合水槽側(cè)墻上網(wǎng)格坐標(biāo)計(jì)算流速，在水流斷面上垂直于流向安設(shè)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(yùn)動(dòng)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(dǎo)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(dòng)量轉(zhuǎn)換成對(duì)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(shí)驗(yàn)室測速。

水力學(xué)試驗(yàn)折疊流量測量

① 用標(biāo)準(zhǔn)容器或衡器直接測量固定時(shí)段內(nèi)流入容器的水的體積或水的重量，以計(jì)算流量；

② 利用量水堰流量公式和實(shí)驗(yàn)確定的流量系數(shù)計(jì)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(qiáng)差以計(jì)算流量；

④ 沿河流斷面將斷面分割，用流速儀測定每一分?jǐn)嗝娴钠骄魉?，測定分?jǐn)嗝婷娣e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(dòng)化。自動(dòng)化量測使測點(diǎn)定位、移位、信息判讀、采樣儲(chǔ)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(shè)備自動(dòng)完成。目前，也出現(xiàn)了整個(gè)試驗(yàn)過程自動(dòng)閉環(huán)控制與檢測。在試驗(yàn)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(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行預(yù)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(fēng)等。