三、流速仪测流的工作内容

流速仪测流的工作内容主要包括：选择断面、布设测线、测量断面及水深、施测流速、计算流量等。

1.选择测流渠段及断面

为保证测流成果的准确性，测流渠段断面应满足下列条件：

（1）测流渠段应平直，水流要均匀（水中无旋涡或回流，不翻水花，水面平稳）。

（2）测流渠段的纵断面应比较规则、稳定。

（3）测流断面的设置应与水流方向垂直。

（4）测流断面附近没有影响水流的建筑物和树木杂草等。若测流断面在建筑物下游，应不受建筑物泄流影响。

为了满足上述要求，对于不规则的土渠，应采用衬砌整治，把测流渠段做成标准断面（如梯形断面），标准断面长度不小于渠道平均水深的30倍；对于输水渠道流量在100m³/s以上的大型渠道，其标准段长度应适当加长，一般大于渠道平均水深的50倍。

2.测线布设

测流断面上测线的数目和位置，直接影响过水断面面积和部分平均流速测量精度。因此在拟定测线布设方案时要进行周密的调查研究。

在比较规则整齐的渠床断面上，任意两条测线的间距，一般不大于渠宽的1/5；在形状不规则的断面上，其间距不大于渠宽的1/20。测线应均匀分布，且能控制渠床变化的主要转折点。一般在渠道坡角处、水深最大点、渠底起伏转折点都应设置测线。

测线的数目与过水断面的宽深比有关。

（1）精测法的测线数目与宽深比的关系式为：

式中 N——测线数目；

B——水面宽，m；

D——断面平均水深，m。

（2）常测法的测线数目与宽深比的关系式为：

式中 符号意义同前。

（3）简测法的测线数目及其布置，应通过精简分析确定。主流摆动剧烈或渠床不稳定的测站，测线不易过少，测线位置应优先分布在主流上。在流速最大点、最小点等应设测线。测线较少时，应尽量避开水流不平稳和紊动大的岸边或回流区附近。

由于灌溉渠道断面一般比较规则，有些测站修建了标准断面，故可在测线处既测水深又测流速。

根据实际情况测线可等距离布设。若过水断面对称、水流对称，则测线尽量对称布设。平整断面上不同水面宽度的测线间距布设见表3-2。

3.断面测量

断面测量包括测线间距测量和水深测量。在固定测桥上测流时，测线间距一般在布置测线时设置固定标志，其间距均事先测出，测流时只需测量水边宽度。缆道测流时，测线间距是由循环索控制、水文绞车计数器显示的，因此计数器的读数与循环索的行进距离之间的比例应率定准确。

水深测量多用测杆或悬索直接观读。用悬索测深时，由于水流的冲击作用，入水后悬索向下游偏斜，一般偏角不大时，将湿绳长度视为水深。若偏角大于10°时，则需修正湿绳长度的水深值。

用测杆测深时，往往有壅水现象，因此要修正壅水影响的水深误差，即在观读水深时减去壅水高度。在混凝土衬砌的断面上测流，水深测量应注意测杆底盘下面一段尖端的高度，根据分划刻度的起始位置进行相应的处理。无论使用何种测具测量水深，测量时都应保持垂直状态。

衬砌的标准测流断面上，若断面无淤积，水流稳定时，可以设置固定水尺，用水准仪测出水尺零点与各测线处渠底的高差，测深时以水尺读数加减各测线处渠底与水尺零点的高差，就得到每条测线处的实际水深值。即：

式中 H₀——第n条测线处的实际水深，m；

h——水尺读数，m；

Δh₀——第n条测线处渠底与水尺零点的高差，m。

4.流速测量

流速测量的方法通常有积深法和积点法。

（1）积深法。积深法是流速仪沿测线均匀升降过程中直接测出断面平均流速的方法。从理论上讲，在不考虑其他影响因素时，此法具有较高的精度。积深法的测线平均流速计算公式为：

式中 v_m——测线平均流速，m/s；

D——测线水深，m；

v——测线上任一深度y处的流速，m/s。

（2）积点法。积点法是在测线上按一定规律布置有限的测点施测点流速，根据测得的各点流速，推算测线平均流速。

积点法测速在测线上的分布规律，对于明渠测流，一般采用普朗德-卡门对数模式：

式中 n——相对水深，n=Y/D，Y为自渠底算起的测点深，D为测线水深；

v_n——测线上相对水深n处的流速，m/s；

v_m——测线平均流速，m/s。

以v_m=1，并以不同的n值代入式（3-6），可求得测线的相对水深与流量的关系，见表3-3。

根据测线流速分布规律，施测测线上若干个有代表性的测点流速，即可推出测线平均流速。

5.断面流量计算

（1）计算流量的方法。

1）一点法：施测测线上一个点的流速，代表测线的平均流速。测点设在测线水深的十分之六处（自水面向下计算）。将流速仪固定在该点，实测的流速就是这条测线的测线平均流速：

式中 v_m——测线平均流速，m/s；

v _0.6——测线水深十分之六处的流速，m/s。

2）二点法：测点设在测线水深的十分之二、十分之八处（自水面向下计算），两个测点流速的平均值即为测线平均流速：

式中 v_m——测线平均流速，m/s；

v _0.2——测线水深十分之二处的流速，m/s；

v _0.8——测线水深十分之八处的流速，m/s。

3）三点法：测点设在测线水深的十分之二、十分之六、十分之八处（自水面向下计算），3个测点流速的平均值或加权平均值即为测线平均流速：

式中 符号意义同前。

4）五点法：测点设在水面、水底，以及测线水深的十分之二、十分之六、十分之八处（自水面向下计算），5个测点流速的加权平均值即为测线平均流速：

式中 v_0.0——测线自水面向下5cm左右处施测（即不露仪器的旋转部件为准）的流速，m/s；

v _1.0——测线自水面向下计算水深为渠底处（离开渠底2～5cm，即仪器的旋转部件以不刮碰渠底为准）的流速，m/s；

其他符号意义同前。

施测中，具体采用几点法，要根据测线水深来确定。多点法较少点法更精确一些，但测线上流速测点的间距，不宜小于流速仪旋浆或旋杯的直径。为了克服流速脉动的影响，每个测点的测速历时均在100s以上，但最多不得超过300s。不同水深的测速方法见表3-4。

此外，在短历时测验中，开关停表计时可能引起较大误差。因此，测速历时越短，要求计时的准确度也愈高。

（2）计算流量的步骤。断面流量计算一般采用平均分割法。计算步骤如下：

1）测点流速计算。根据施测记录的转数和历时，按流速公式v=KN+C，计算出点流速；

2）测线流速计算。根据实测情况，按测线平均流速的计算方法，求出各测线的平均流速v₁，v₂，…，v_n；

3）部分平均流速计算。部分平均流速就是相邻两条测线平均流速的平均值：

水边部分平均流速（v_0、1或v_n、n+1），等于近岸测线的测线平均流速（v₁或v_n）乘以岸边流速系数α：

式中 n——垂线序号，n=1，2，3，…，n，见图3-3；

v_{n 、 n +1}——第n和n+1两条垂线间部分断面平均流速，m/s；

v_n——第n条垂线平均流速，m/s；

α——岸边流速系数。

岸边流速系数是流速仪施测中由岸边测线的平均流速推算岸边部分平均流速的一个折算系数。若无实测资料，可采用以下参考值，见表3-5。

4）部分面积计算。部分面积由相邻两条测线处的水深的平均值乘以测线间距而得，见图3-3。

图3-3 测流断面面积划分示意图

式中 F_n-1、n——第n-1和n两条测线间的部分面积，m²；

D_n——第n条测线的实际水深，m；

b_{n -1、 n} ——第n-1和n条测线之间的部分断面宽，m。

两水面部分面积为

5）部分流量计算。每块部分面积乘以该面积上对应的部分平均流速即得部分流量。

式中 q_n-1、n——第n-1和n两条测线间的部分流量，m³/s；

v_{n -1、 n} ——第n-1和n两条测线间的部分流速，m/s；

F_{n -1、 n} ——第n-1和n两条测线间的断面面积，m²。

6）断面总流量计算。断面总流量为各部分流量之和。

7）计算断面平均流速。总流量除以总面积，即得断面平均流速。

式中 Q——断面总流量，m³/s；

F——过水断面总面积，m²。

流速仪测速记载表式和流速仪流量计算表式分别见表3-6和表3-7。