水平衡測(cè)試水量測(cè)試方法與研究

□ 李 璇

一、流量測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備

流量測(cè)驗(yàn)方法和手段有很多，常用的精度較高的測(cè)驗(yàn)方法按測(cè)量原理，可分為下列幾種類型：

（一）流速面積法

流速儀測(cè)量。常用的型號(hào)有LS25-3、LS20B、LS10、LS78流速儀。

（二）水力學(xué)法

量水建筑物測(cè)量，如：三角形、矩形和梯形薄壁堰。

（三）物理法

超聲波測(cè)量。流速跟蹤者ADV、超聲波流量計(jì)、多普勒法聲學(xué)流量?jī)x。

（四）直接法

容積法測(cè)量。量桶、水罐、水池等，量桶適用小水量測(cè)試。

二、儀器設(shè)備比測(cè)分析

不同類型的流量測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備都有其相應(yīng)的適用條件、施測(cè)范圍和使用要求，如水深、流速、流量和含沙量大小等方面要求，實(shí)際測(cè)量時(shí)要因地因時(shí)采用比較先進(jìn)的測(cè)驗(yàn)設(shè)備和精度高的測(cè)驗(yàn)方法，使測(cè)量的資料具有一定的可靠性，又要保證流量測(cè)驗(yàn)精度。在水平衡測(cè)試前，須對(duì)使用的儀器設(shè)備進(jìn)行檢定或比測(cè)，以保證測(cè)量的誤差能夠滿足測(cè)驗(yàn)誤差要求。測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備檢定或比測(cè)主要注意以下方面問(wèn)題。

（一）流速儀、水表出廠都是經(jīng)過(guò)檢定的，但在運(yùn)輸、存放過(guò)程中難免有劇烈振動(dòng)或碰撞，或出廠、檢定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

（二）使用三角形、矩形和梯形薄壁堰施測(cè)水量時(shí)，應(yīng)該與流速儀測(cè)試法、容積法、水表進(jìn)行比測(cè)。

（三）超聲波流量計(jì)與檢定的水表進(jìn)行比測(cè)，設(shè)置儀表系數(shù)（標(biāo)尺因子），消除不同管道引起的誤差。

（四）水平衡測(cè)試應(yīng)用的各種儀器設(shè)備要有檢定書(shū)或比測(cè)誤差分析資料。

三、水位監(jiān)測(cè)

水平衡測(cè)試一般比較注重流量監(jiān)測(cè)，而忽視水位監(jiān)測(cè)，特別是明渠流量測(cè)試，采用流速儀、浮標(biāo)、比降面積法測(cè)流時(shí)，水位是不可忽視的重要因素，只有掌握水位變化過(guò)程，建立相應(yīng)水位流量關(guān)系，才能夠準(zhǔn)確掌握某一時(shí)刻的流量或某時(shí)段通過(guò)某一斷面的水量變化。否則將影響取水量或排水量的測(cè)量精度，也可能因上下游水位漲落變化，在區(qū)間沒(méi)有入流或出流情況下，出現(xiàn)下游流量大于上游流量，或下游流量比上游流量小得太多。水位監(jiān)測(cè)精度可以根據(jù)斷面的水深、流量大小確定，一般記至0.005m，流量小于0.01m3/s，平均水深小于0.10m時(shí)，可記至0.002m。精度較高自記水位計(jì)設(shè)備，能夠準(zhǔn)確測(cè)得水位變化過(guò)程，更能夠推算出精度高的流量或水量，使用自記水位觀測(cè)時(shí)，要用水尺水位進(jìn)行校測(cè)，確保自記水位計(jì)觀測(cè)資料精度。人工監(jiān)測(cè)水位時(shí)，需設(shè)靜水設(shè)備，水尺設(shè)立及水尺零點(diǎn)高程測(cè)量應(yīng)符合規(guī)范要求。觀測(cè)段次及時(shí)間，以能夠測(cè)得完整的水位變化過(guò)程，滿足水平衡測(cè)試精度的要求為原則。

四、流量測(cè)試

水平衡測(cè)試因水源取水方式、用水設(shè)備、排水方式，農(nóng)業(yè)、企業(yè)用水、排水量大小不同，在進(jìn)行流量監(jiān)測(cè)，需要使用不同類型的儀器設(shè)備，才能滿足測(cè)試精度要求，采用流速儀、三角形、矩形和梯形薄壁堰、流速跟蹤者ADV、超聲波管道流量計(jì)、水表等儀器設(shè)備測(cè)量流量時(shí)，要因地制宜，并根據(jù)具體現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定采用精度高的測(cè)驗(yàn)方法。在滿足使用條件和適用范圍的前提下，要求注意以下幾方面：

（一）流速儀施測(cè)，應(yīng)設(shè)立測(cè)橋進(jìn)行施測(cè)，同時(shí)還要進(jìn)行水位監(jiān)測(cè)。垂線水深要記至0.005m，盡量在水位較為穩(wěn)定期間施測(cè)。正式測(cè)量前，要進(jìn)行水道斷面測(cè)量及加密測(cè)速垂線的流速測(cè)量，依據(jù)流速橫向分布變化，再適當(dāng)減少測(cè)速垂線，確定測(cè)速垂線數(shù)目。選擇測(cè)試斷面的上下游形狀基本一致，且順直長(zhǎng)度應(yīng)大于過(guò)水?dāng)嗝嫠鎸挼?倍，離開(kāi)卡口、彎道距離為水面寬的5倍。測(cè)試渠段的水流順暢，無(wú)急流、斜流、回流、死水等現(xiàn)象。

布設(shè)測(cè)速垂線時(shí)，必須考慮渠床地形和流速橫向分布形狀，須注意以下幾個(gè)問(wèn)題：1.垂線分布要大致均勻；2.水流不規(guī)則時(shí)，流速分布轉(zhuǎn)折點(diǎn)要布設(shè)垂線；3.斷面測(cè)速垂線數(shù)，垂線測(cè)點(diǎn)數(shù)，要達(dá)到精測(cè)精度要求；4.靠近岸邊垂線間距要小于鄰近兩條垂線間距，也不能小于其一半間距；5.要考慮流速脈動(dòng)影響，測(cè)速歷時(shí)要大于100s。

涉水便用流速儀施測(cè)時(shí)，測(cè)量人員要站在測(cè)試斷面下游，距垂線的側(cè)面、測(cè)試斷面0.5m以上，測(cè)試斷面的河底要保持原狀態(tài)，否則影響水深測(cè)量精度。測(cè)速垂線最大距離要滿足精測(cè)法要求，最小距離不能小于流速儀旋轉(zhuǎn)直徑。

用流速跟蹤者ADV施測(cè)時(shí)，要注意儀器結(jié)構(gòu)，某一側(cè)的測(cè)速垂線是否能夠放到位。不能滿足流速儀測(cè)速要求時(shí)，要改用其它方法施測(cè)。

（二）三角形、矩形和梯形薄壁堰施測(cè)時(shí)，堰制要符合規(guī)范要求，薄壁堰與明渠的兩側(cè)及底部要封堵好，不能有跑水現(xiàn)象，施測(cè)時(shí)要注意淹沒(méi)出流的監(jiān)測(cè)方法。三角形薄壁堰適用于小流量施測(cè)，在斗渠、農(nóng)渠及田間用水量施測(cè)時(shí)較為適用，矩形和梯形薄壁堰適用于排水量施測(cè)。

（三）水表、超聲波管道流量計(jì)安裝要按說(shuō)明書(shū)要求操作，安裝管上的位置，其前后順直管長(zhǎng)度應(yīng)符合不同管徑規(guī)定的距離。采用超聲波管道流量計(jì)施測(cè)時(shí)，有關(guān)指標(biāo)要達(dá)到測(cè)量精度要求，更要注意檢查信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)質(zhì)量，傳輸時(shí)間比是否達(dá)到測(cè)量要求。要了解掌握企業(yè)上午、下午、夜間及間歇時(shí)間用水、取水量變化情況，再測(cè)量不同時(shí)段的數(shù)據(jù)，才能夠準(zhǔn)確水量。

（四）農(nóng)業(yè)水平衡測(cè)試，施測(cè)上下游斷面流量要使用相同型號(hào)的儀器設(shè)備。

（五）工業(yè)水平衡測(cè)試，使用超聲波儀器時(shí)，要注意相關(guān)事項(xiàng)，對(duì)參數(shù)設(shè)置、安裝方式、信號(hào)強(qiáng)度及質(zhì)量、傳輸時(shí)間和傳輸時(shí)差逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，及時(shí)檢查校核是確保準(zhǔn)確計(jì)量的前提，檢查儀器測(cè)量突變?cè)?，確定是儀器故障還是流量發(fā)生了變化。

五、加強(qiáng)測(cè)試人員培訓(xùn)

先進(jìn)的儀器設(shè)備需要技術(shù)水平高、實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)豐富，責(zé)任心強(qiáng)，有工作能力的人員進(jìn)行操作，加強(qiáng)測(cè)試人員培訓(xùn)是提高水平衡測(cè)試技術(shù)水平的重要手段。提高測(cè)試人員技術(shù)水平對(duì)于推動(dòng)測(cè)試工作順利開(kāi)展，保證安全生產(chǎn)前提下，才能適應(yīng)不同類型、不同方式、不同環(huán)節(jié)的水量測(cè)試，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度高、誤差小，并具有代表性。

先進(jìn)的儀器設(shè)備可以獲得精度高、質(zhì)量可靠的監(jiān)測(cè)成果。加強(qiáng)測(cè)試人員安全知識(shí)學(xué)習(xí)，提高測(cè)試人員素質(zhì)和技術(shù)水平，在測(cè)試方法、先進(jìn)的儀器使用操作及各種儀器設(shè)備適用條件等方面進(jìn)行培訓(xùn)也是十分必要的。在保證精度前提下，測(cè)試誤差符合規(guī)范要求，獲得測(cè)量的數(shù)據(jù)才有代表性、可靠性和連續(xù)性。

測(cè)試人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)知識(shí)，以安全知識(shí)和安全生產(chǎn)為前提，以提高測(cè)試人員素質(zhì)和技術(shù)水平為基本條件，以增強(qiáng)責(zé)任心、培養(yǎng)合格測(cè)試人員為基礎(chǔ)，以測(cè)試儀器設(shè)備規(guī)范操作、測(cè)試方法及注意事項(xiàng)為重點(diǎn)，對(duì)測(cè)試人員進(jìn)行安全知識(shí)、測(cè)試能力和水平，不同測(cè)試方法及應(yīng)急措施考核，考核合格的試用人員，方可上崗進(jìn)行水平衡測(cè)試工作。

六、加強(qiáng)前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、確定儀器設(shè)備及測(cè)試方法

水平衡測(cè)試前期調(diào)查、確定儀器設(shè)備及測(cè)試方法很重要，也十分必要。測(cè)試主要技術(shù)負(fù)責(zé)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，分析研究選定的測(cè)試斷面、測(cè)試節(jié)點(diǎn)，再確定儀器設(shè)備及測(cè)試方法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查繪制的供排水網(wǎng)絡(luò)圖及測(cè)量節(jié)點(diǎn)圖，將相關(guān)測(cè)試技術(shù)人員進(jìn)行合理分工，再到測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)測(cè)試位置，對(duì)測(cè)試人員說(shuō)清楚測(cè)試方法、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試順序，需要的儀器設(shè)備，需要注意問(wèn)題和有關(guān)事項(xiàng)，還需有相關(guān)人員配合。在農(nóng)業(yè)水平衡測(cè)試前期調(diào)查工作中，測(cè)試節(jié)點(diǎn)要標(biāo)記清楚，選定的干渠、支渠測(cè)試斷面，其上下斷面的距離要符合規(guī)范要求。干渠、支渠的流量小于規(guī)范要求時(shí)，期間渠段滲漏嚴(yán)重，或支渠閘、斗渠閘有分流，閘門(mén)關(guān)閉門(mén)不嚴(yán)，跑出的水量較多，影響水平衡測(cè)試成果精度時(shí)，可根據(jù)規(guī)范給定的指標(biāo)，依據(jù)施測(cè)的流量大小，按一定倍數(shù)，縮小干渠、支渠上下游測(cè)試斷面的距離。在企業(yè)水平衡測(cè)試前期調(diào)查工作中，企業(yè)各單元或車(chē)間取水、用水、排水要調(diào)查了解清楚，不能遺漏，并根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)及設(shè)備情況，在保證安全生產(chǎn)情況下，確定測(cè)量節(jié)點(diǎn)、斷面及測(cè)試儀器設(shè)備。正式測(cè)試前，再將制定的安全制度、注意事項(xiàng)、測(cè)試儀器設(shè)備適用條件，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、測(cè)試方法等相關(guān)測(cè)試要求分發(fā)到測(cè)試人員手中，確保水平衡測(cè)試工作正常、順利開(kāi)展。

七、結(jié)束語(yǔ)

（一）各種儀器設(shè)備都有其適用條件，使用每種儀器測(cè)試，要滿足最小流速、最小水深、最小流量及儀器對(duì)測(cè)試設(shè)備的要求，否則影響各環(huán)節(jié)測(cè)量精度。 測(cè)試前有必要對(duì)相關(guān)測(cè)試儀器進(jìn)行檢定或比測(cè)，比測(cè)精度要滿足規(guī)范要求。

（二）先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器設(shè)備，能獲得高水平、精度高的測(cè)試成果，是保證安全生產(chǎn)的重要手段。水平衡測(cè)試需要水量?jī)x器設(shè)備，應(yīng)采用經(jīng)過(guò)鑒定的新技術(shù)、新方法、新儀器和檢驗(yàn)合格的常規(guī)儀器設(shè)備。

（三）使用流速儀測(cè)試結(jié)合水位監(jiān)測(cè)，測(cè)試斷面應(yīng)設(shè)置測(cè)橋，斷面布設(shè)要符合規(guī)范要求。

（四）薄壁堰測(cè)流，要設(shè)有精確高測(cè)量設(shè)備，能夠測(cè)出上下游水面毫米級(jí)的水頭，注意淹沒(méi)流的測(cè)試方法和計(jì)算方法。

（五）采用超聲波測(cè)量，要注意對(duì)環(huán)境及所測(cè)量設(shè)備要求，對(duì)參數(shù)設(shè)置、安裝方式和要求、信號(hào)強(qiáng)度及質(zhì)量、傳輸時(shí)間和傳輸時(shí)差逐項(xiàng)進(jìn)行檢查，及時(shí)檢查校核。

水量監(jiān)測(cè)方法選擇時(shí)應(yīng)注重現(xiàn)有的儀器設(shè)備，既適用合理，又切合實(shí)際滿足要求，避免不適當(dāng)測(cè)試方式，應(yīng)以符合現(xiàn)行水文規(guī)范規(guī)定的測(cè)試精度要求及儀器設(shè)備要求為前提條件。