01河流、湖泊等地表水

预测和管理河流的流量对防洪、供水、农业和能源生产等领域都非常重要。因此我们需要持续测量河流的流量来获取准确的数值。

传统的河流测流方法有：

1.流量计法

利用流量计直接测量河流的流量。而测量河流流量的流量计种类很多：压差式、电磁式、流槽式、堰式等。一般根据实际流量的测量范围和测试精度进行选择。

其中，堰式测流量是一种常用的河流流量测量方法，通过在河道中设置堰来测量流量。堰是一种人工构造的水坝，通常由混凝土或石头等材料构成，它横跨在河道上，形成一个水位的升高和水流速度的减小。堰式测流量的原理是基于流经堰前后的水位差和堰的几何形状参数，计算出流量。

堰的形状可以是三角形、梯形或矩形等。

测量水位：在堰前和堰后设置水位测量仪器，如液位计、压力传感器等，测量水位的高度差。 

堰式测流量的优势包括：简单易用、经济实惠、实时监测、适用范围广、数据可靠性高等。

2. 流速仪法测流量

流速仪是一种常见的测量河流流量的方法，它通过直接测量水流速来计算流量。

流速仪法适用于各种水环境，包括河流、水渠等。测量时需要根据渠道深度和宽度确定点位垂直测点数和水平测点数。该方法简单，但易受水质影响，难实现连续测定。

在智慧水务中，雷达测速非常常见

雷达测流速是一种使用雷达技术来测量水体流速的方法。它利用雷达波束与水体中的运动物体（如浮标、漂浮物等）相互作用，通过测量物体的回波信号来计算流速。

雷达测流速的基本原理是多普勒效应。当雷达波束与运动物体相遇时，物体的运动会引起回波信号的频率变化。根据多普勒频移原理，通过测量回波信号的频率变化，可以推断物体的运动速度，从而计算出水体的流速。

非接触式非接触式雷达测流方法具有：

① 远距离，适用于测量宽阔的河流、湖泊、海洋等水域；

② 非侵入性，无需在测量过程中干扰水体或运动物体；

③ 不受环境限制，不受天气和光照条件的影响；

④ 实时监测：可以实现连续测量。

接触式多普勒超声波流量计

接触式多普勒超声波流量计可以准确的计算出河流断面的平均流速，非常适用于一些渠道，管道以及比较小的河道进行测量，流速的精度1%。

多普勒超声波流量计的工作原理如下：

发射超声波：流量计通过传感器向液体中发射高频超声波信号。

散射和频率变化：超声波在液体中遇到悬浮颗粒、气泡或液体粒子等时，会发生散射。根据多普勒效应，当超声波与液体中的运动物体相遇时，超声波的频率会发生变化。流速较高的物体将导致超声波频率升高，而流速较低的物体将导致超声波频率降低。

接收和分析信号：传感器接收到回波信号后，通过分析频率变化来计算液体中的流速。频率变化越大，流速越高。

多普勒超声波流量计的优点包括：

非接触式测量：多普勒超声波流量计无需直接接触液体，避免了对管道内部的干扰和阻力。

宽范围测量：多普勒超声波流量计适用于各种液体介质，包括污水、腐蚀性液体和含有悬浮物的液体等。

高精度测量：多普勒超声波流量计可以提供较高的测量精度，适用于要求精确流量测量的应用场景。

实时监测：多普勒超声波流量计可以实时监测流量变化，并提供连续的流量数据。

无移动部件：多普勒超声波流量计无动态或机械部件。

但是，对于低速流动液体或纯液体，多普勒超声波流量计可能不适用。

流场成像技术

新的流场成像技术在流量测定方面极具应用前景：利用视频图像处理技术，通过水表所有固体的位移（树枝，气泡，树叶……）以及河流的湍动来确定河流表面的速度场。

该项技术主要用于大型河流的研究，故称大尺度PIV（LSPIV）

其功能包括：

（1）记录水流图像的时间序列；

（2）对图像进行几何校正以避免形变干扰；

（3）使用与模式相关的统计分析方法计算水流示踪物的位移；

（4）在已知断面几何形状的情况下，根据垂直流速分布模型，通过LSPIV流速场估计总流量。

3. 走航式ADCP测流法

走航式ADCP测流法是一种使用ADCP设备从船只或航行器上进行流速测量的方法。ADCP利用多普勒效应原理测量水体中的流速，并可以提供河道或水体截面上的流速剖面数据。

走航式ADCP测流法具有精度高、测验时间短、分辨率高、资料完善、信息量大等特点，能满足河宽较大、 仪器的测量距离受泥沙等多因素影响大的水文测量需要。

走航式ADCP测流法的基本原理如下：

安装ADCP设备：将ADCP设备安装在船只或航行器上，通常是在船只底部或航行器的底部。

发射和接收声波信号：ADCP设备发射声波信号（通常是超声波），并接收回波信号。这些声波在水体中与悬浮颗粒、气泡或液体粒子等相互作用，形成回波信号。

多普勒频移测量：通过分析回波信号中的多普勒频移，ADCP设备可以计算出水体中的流速。多普勒频移是由于水体中运动物体引起的声波频率变化，根据多普勒效应的原理，频移的大小与物体的速度成正比。

走航测量：船只或航行器在水体中进行走航，ADCP设备连续地测量流速数据。通常，需要保持一定的航行速度和航行线路，以获得河道或水体截面上的流速剖面数据。

数据处理和分析：通过对ADCP设备获取的数据进行处理和分析，可以得到流速剖面图、平均流速、流量等相关参数。

ADCPA的优点包括：高分辨率、高效快速、大范围测量、实时监测等。

02管道测流

1. 供水管道

流量是管网运行的一项重要参数，也是水司最为关心的指标之一，管网中用户用水或管道泄漏都会造成管道流量的增加，流量的大小与供水管网的运行状态稳定性、用户使用情况以及供水企业经营状况密切相关。

因此通过监测管道的流量，将为管网的监测报警和预测预警提供依据，并为水司的日常精细化管理提供基础数据。

流量计用来监测管网某一节点处的瞬时流量和累计流量。流量计种类包括：

① 超声波流量计

通过超声波测量技术，测量管道中超声波的传播时间或频率变化来计算流量。

直接时差法：通过测量超声波在流体中的传播时间差来计算流速。

时差法：通过测量超声波在流体中传播的来回时间差来计算流速。

相位差法：通过测量超声波在流体中传播的相位差来计算流速。

频差法：通过测量超声波在流体中传播的频率差来计算流速。

② 电磁流量计

电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律。其传感器部分由线圈、电极和绝缘内衬组成，在测量时传感器中的励磁线圈通电产生磁场，当导电流体通过磁场时，由于切割磁力线的作用力，产生微小的感应电动势，由电极将这些微小的感应电动势采集，并输送至仪表的转换器部分进行计算、放大和测量。

③压差传感器

通过在管道中设置压差传感器，测量管道两点之间的压差来计算流量。常用的压差传感器包括差压传感器、孔板等。

④涡街流量计法

利用涡街流量计测量管道中的涡街频率来计算流量。涡街流量计通过检测流体通过涡街传感器产生的压力脉动来测量流速。

⑤ 热式流量计法

通过测量流体通过管道时的温度变化来计算流量。热式流量计可以使用热敏电阻、热敏电阻等温度传感器进行测量。

03排水管网

排水管网的流量测量是为了了解管网中水流的量和速度，以便进行管网的设计、运营和管理。几种常见的排水管网测流量的方法：

水量平衡法：通过对排水管网中进入和离开的水量进行计量，结合排水泵站的运行数据和水位监测，计算管网的流量。这种方法适用于整个排水管网的流量测量。

水位流速关系法：通过在排水管道中设置水位计和流速计，测量水位和流速的关系，并通过公式计算流量。可以使用涡街流量计、超声波流速计等设备进行测量。

模型试验法：利用现场建立的物理模型，通过观察水流的变化和测量来估算排水管网的流量。

数值模拟法：使用计算流体力学（CFD）等数值模拟方法对排水管网进行模拟，通过计算得到不同管段中的流速和流量分布。这种方法适用于大规模、复杂的排水管网，能够提供详细的流量信息。

流速流量测量传感器测量法

国内排水管网的特点为：两高，管网高水位、污水厂高负荷；两低，进水浓度低、减排效率低。

选择测流量传感器的方法，如下：

☑ 测量瞬时流速、瞬时流量、液位、水温和累计流量；

☑ 根据测量点的要求，选择合适的测量精度；

☑ 规避沉积物对流量测量的影响；

☑ 规避排水管网内微生物膜对传感器表面的附着 ，减少微生物膜对测量数据的影响；

☑ 方便安装和维护；

☑ 使用寿命长，尽可能免维护。

在智慧水务的场景中，流量测量是至关重要的一项任务

常用的流量测量方法应根据具体的应用需求和场景特点，选择合适的流量测量方法，并结合其他智能化技术，如物联网、大数据分析等，实现对水资源的智能化管理和优化运营。