基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的河流流量測(cè)驗(yàn)方法發(fā)展趨勢(shì)探索

劉望天

(廣東省水文局佛山水文分局，廣東 佛山 528000)

1 概述

從水文學(xué)誕生之日起，水要素的觀測(cè)成為了首要任務(wù)。研究地球水的空間和時(shí)間變化規(guī)律，感知水的存在、定量觀測(cè)水是必要的，也是水文學(xué)研究的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。水文監(jiān)測(cè)就是通過(guò)水文站網(wǎng)對(duì)江河、湖泊、渠道、水庫(kù)的水位、流量、水質(zhì)、水溫、泥沙、冰情、水下地形和地下水資源，以及降水量、蒸發(fā)量、墑情、風(fēng)暴潮等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行分析和計(jì)算的活動(dòng)[1]。其中，河流流量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是水文監(jiān)測(cè)的核心和關(guān)鍵。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，水文要素按照小時(shí)或分鐘實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)已成為可能。根據(jù)水文監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，以小時(shí)或分鐘實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河道流量、泥沙是最大的瓶頸，流量測(cè)驗(yàn)現(xiàn)代化是實(shí)現(xiàn)水文現(xiàn)代化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和難點(diǎn)。本文根據(jù)作者多年水文監(jiān)測(cè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面總結(jié)和探索了河流流量測(cè)驗(yàn)方法和手段，旨在為廣東水文現(xiàn)代化建設(shè)提供有益的思路和參考價(jià)值。

2 流量測(cè)驗(yàn)方法分類

2.1 規(guī)范測(cè)驗(yàn)方法

根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)范，河流流量測(cè)驗(yàn)方法主要有流速法、浮標(biāo)法、比降面積法、聲學(xué)測(cè)流法(聲學(xué)多普勒法)、電磁法(電波流速儀)、體積法(直接測(cè)量法)、水工建筑物測(cè)流法、量水建筑物、稀釋法(示蹤劑法)、代表流速法等，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦可采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)的其他方法[2]。其中流速儀法、浮標(biāo)法作為《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范(GB 50179—2015)》推薦標(biāo)準(zhǔn)，比降面積法、水工建筑物測(cè)流法、聲學(xué)多普勒法作為水利行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)，其他方法有少量應(yīng)用和試驗(yàn)研究。

從水文監(jiān)測(cè)是否與水體直接接觸區(qū)分，上述河流流量測(cè)驗(yàn)方法可分為“直接接觸法”、“部分接觸法”和“非接觸法”3種，其中電磁法為非接觸法，浮標(biāo)法、比降面積法為部分接觸法，上述其余7種為直接接觸法。該分類方法的現(xiàn)實(shí)意義在于在特大洪水或超標(biāo)準(zhǔn)洪水水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)中，采用哪種方法，往往體現(xiàn)了水文現(xiàn)代化發(fā)展情況和“以人為本、安全第一”的安全生產(chǎn)理念。

2.2 理論測(cè)驗(yàn)方法

理論測(cè)驗(yàn)方法可分為流速儀法、浮標(biāo)法、比降面積法、量水建筑物法、溶液法、動(dòng)船法、纜道積寬法、橋測(cè)法、超聲波法、電磁法、航空攝影法(航空測(cè)流法)、高性能視頻水面流速法、側(cè)掃雷達(dá)在線流量法、點(diǎn)流速雷達(dá)在線流量法、水平式ADCP在線流量法等。

其中2020年水利部水文司已發(fā)布側(cè)掃雷達(dá)在線流量法、點(diǎn)流速雷達(dá)在線流量法、水平式ADCP在線流量法等應(yīng)用技術(shù)指南，該方法取得了初步成果；基于無(wú)人技術(shù)的航空攝影法(航空測(cè)流法)也開始研究應(yīng)用。

3 測(cè)驗(yàn)方法梳理分析

3.1 傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方法分析

流速儀法是“直接接觸法”，在河流流量測(cè)驗(yàn)實(shí)踐應(yīng)用中，其一直占主導(dǎo)地位，浮標(biāo)法、比降面積法作為特大洪水及超標(biāo)準(zhǔn)洪水流量測(cè)驗(yàn)方法。采用流速儀法開展實(shí)時(shí)在線河流流量測(cè)驗(yàn)，主要解決3個(gè)問(wèn)題：一是跨河橫渡斷面問(wèn)題；二是河流表面障礙物；三是流量自動(dòng)計(jì)算問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，跨河橫渡斷面在500 m河寬內(nèi)可以通過(guò)建設(shè)過(guò)河纜道解決，河寬很寬時(shí)，只能采用測(cè)船來(lái)解決；若是河道無(wú)通航要求，河流表面障礙物好像不太重要，但河流表面的漂浮物無(wú)法避免。流速儀法的優(yōu)點(diǎn)是儀器價(jià)廉物美，人工操作簡(jiǎn)單，計(jì)算數(shù)據(jù)量小，符合國(guó)家規(guī)范；不足是必須依托過(guò)河纜道或大型測(cè)船，測(cè)驗(yàn)安全系數(shù)不高，是人力型測(cè)驗(yàn)方法，只可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線流量測(cè)驗(yàn)問(wèn)題。

浮標(biāo)法、比降面積法是“部分接觸法”，要預(yù)先選定測(cè)驗(yàn)河段及測(cè)定大斷面，采用借用斷面計(jì)算流量。浮標(biāo)標(biāo)法在實(shí)踐中常常采用天然中泓浮標(biāo)，由人工計(jì)算經(jīng)過(guò)上、中、下浮標(biāo)斷面的時(shí)間以計(jì)算浮標(biāo)流速，進(jìn)而計(jì)算流量，浮標(biāo)系數(shù)是流量測(cè)驗(yàn)精度的關(guān)鍵，需要積累不同河段的浮標(biāo)系數(shù)。浮標(biāo)法的優(yōu)點(diǎn)是操作通俗易懂，計(jì)算簡(jiǎn)單明了，適用性廣泛，只要有順直且斷面基本一致的河段以及浮標(biāo)，就可以實(shí)現(xiàn)流量測(cè)驗(yàn)；不足之處是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要人員多，不一定有合適的河段或操作人員不能抵達(dá)岸邊觀察浮標(biāo)，測(cè)驗(yàn)精度不好把握，需要水位流量測(cè)驗(yàn)足夠的經(jīng)驗(yàn)，不可實(shí)時(shí)在線。

比降面積法通過(guò)觀測(cè)比降，采用曼寧公式計(jì)算流量，糙率是該方法流量測(cè)驗(yàn)精度的關(guān)鍵因素，河道特性和洪水規(guī)模往往會(huì)相互影響，需要在特定斷面上積累糙率資料。比降面積法的優(yōu)點(diǎn)是人工操作簡(jiǎn)單，只要看看比降即可，計(jì)算不復(fù)雜，適應(yīng)性廣；不足之處是測(cè)驗(yàn)精度不好把握，需要豐富流量測(cè)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，不可實(shí)時(shí)在線。

傳統(tǒng)的代表流速法通過(guò)精簡(jiǎn)分析，找出最少的流速測(cè)驗(yàn)垂線或測(cè)點(diǎn)，建立垂線或測(cè)點(diǎn)與斷面平均流速的關(guān)系，進(jìn)而減少測(cè)線或測(cè)次，達(dá)到不降低流量測(cè)驗(yàn)精度，增加安全保障系數(shù)。這在特大洪水或超標(biāo)準(zhǔn)洪水流量測(cè)驗(yàn)一直起到重要作用，例如春日屋法在武江坪石、代表垂線發(fā)犁市水文站的應(yīng)用。傳統(tǒng)代表流速法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單明了，精度可控，安全系數(shù)高，計(jì)算數(shù)據(jù)量少；劣處是依賴渡河設(shè)施，適用性主要看測(cè)站特性，不可實(shí)時(shí)在線。

量水建筑物法主要是堰槽測(cè)流法，是渠道型河道流量測(cè)驗(yàn)的最好方法，得到了廣泛應(yīng)用，每年比測(cè)率定一下就可滿足精度要求。優(yōu)點(diǎn)是適用小型河道，精度準(zhǔn)確，測(cè)驗(yàn)次數(shù)少；劣處是河道必須渠化，河道也不能太寬，天然河道往往做不到這一點(diǎn)。

體積法(直接測(cè)量法)一般應(yīng)用于微小流量測(cè)驗(yàn)，在河道流量測(cè)驗(yàn)應(yīng)用少，使用條件是流量非常小的河流，但往往其他方法更加有效；稀釋法(示蹤劑法)沒有應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，國(guó)內(nèi)處于研究階段。

3.2 現(xiàn)代測(cè)驗(yàn)方法分析

隨著河流上水資源不斷開發(fā)利用，大量的水利工程在有水文站測(cè)驗(yàn)任務(wù)的河流上建成，原有的流量測(cè)驗(yàn)斷面往往受其影響，但程度不一。對(duì)于受水利工程影響的河流或渠道，水工建筑物測(cè)流法是解決流量測(cè)驗(yàn)問(wèn)題的最直接手段，采用其他方法往往作為有效補(bǔ)充是比較明智的選擇。有些試圖采用固定式聲學(xué)多普勒法，以解決受水利工程影響的流量測(cè)驗(yàn)問(wèn)題，往往得不到滿意的效果就是例證。

聲學(xué)測(cè)流法，主要是聲學(xué)多普勒流速儀法，是21世紀(jì)水文工作者希望通過(guò)它來(lái)解決河流流量測(cè)驗(yàn)問(wèn)題的主要手段。20 a前，聲學(xué)多普勒流速儀法行業(yè)規(guī)范未制定公布，一直制約著該項(xiàng)技術(shù)的大膽應(yīng)用。自從《聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(SL 337—2006)發(fā)布后，采用聲學(xué)多普勒法流速儀法解決流量測(cè)驗(yàn)的自動(dòng)化和實(shí)時(shí)在線問(wèn)題，得到空前迅速發(fā)展，成了21世紀(jì)初至今的主流方法。聲學(xué)多普勒流速儀法有兩種方式[5]：一是走航方式，即走航式ADCP；二是固定式，多采用橫式安裝，即H-ADCP。前者只是用ADCP替代了流速儀，本質(zhì)上是流速面積法，只是采用更加縝密的流量積分計(jì)算，優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了流量計(jì)算的自動(dòng)化，提高了測(cè)驗(yàn)精度，增加了全斷面各層流速流量數(shù)值；不足之處是水太淺是無(wú)法進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，操作者需要一定的計(jì)算機(jī)技能和分析能力，搭載方式也需要操作者一并考慮。當(dāng)前，聲學(xué)多普勒流速儀法基本上與傳統(tǒng)流速儀法成為了河道流量測(cè)驗(yàn)的主要手段。

電磁法(電波流速儀、非接觸式雷達(dá)法)是近10 a來(lái)發(fā)展的一種方法，屬于“非接觸法”，是當(dāng)前發(fā)展最快的方法之一，其主要是通過(guò)實(shí)測(cè)河流表面部分流速(稱為代表流速法或指標(biāo)流速)，建立部分表面流速與斷面平均流速關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算斷面流量。該方法在部分山區(qū)斷面窄深、流速大的河流獲得了初步成功，關(guān)鍵點(diǎn)是儀器安裝代表性好、流速大，河寬小。優(yōu)點(diǎn)是安全快捷，在大流量、高流速情況下應(yīng)用較好；不足之處是小流量、小流速不適用，表面流速分布不穩(wěn)定的斷面難以獲得成功。

側(cè)掃雷測(cè)流法是利用雷達(dá)遙感技術(shù)對(duì)河流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，側(cè)掃雷達(dá)測(cè)流系統(tǒng)依據(jù)布拉格散射和多普勒原理測(cè)量河流的表面流速，使用這些數(shù)據(jù)及已知的河流橫截面圖(深度分布)和已測(cè)的水位計(jì)算出河流流量。側(cè)掃雷達(dá)測(cè)流系統(tǒng)采用太陽(yáng)能供電和移動(dòng)蜂窩通信，流速測(cè)量、數(shù)據(jù)上傳、流量合成無(wú)需人工干預(yù)，可實(shí)現(xiàn)河水流量的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。適用于各種復(fù)雜環(huán)境情況，能濾除船舶、周邊建筑、陸地移動(dòng)汽車等構(gòu)成的雷達(dá)回波干擾，最大探測(cè)距離可達(dá)800 m以上，適用于內(nèi)陸河流、界河、大江大湖等天然流域的流量監(jiān)測(cè)[3]。該方法是采用了新技術(shù)手段監(jiān)測(cè)河流水面流速，建立水面流速與斷面平均流速的關(guān)系，本質(zhì)屬于代表流速法。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)流原理突破了傳統(tǒng)思維；不足之處是儀器昂貴，安裝條件比較苛刻。

航空攝影法(航空水面測(cè)流法)利用無(wú)人機(jī)搭載雷達(dá)或者拋投式浮標(biāo)等流速測(cè)驗(yàn)設(shè)備，測(cè)得沿?cái)嗝嫠椒较蛑饤l垂線的水面流速后，有兩種計(jì)算方法計(jì)算虛流量，一種是部分面積法，即類似于水面浮標(biāo)法流量測(cè)驗(yàn)計(jì)算方法，通過(guò)逐點(diǎn)水面流速計(jì)算兩垂線間的部分水面流速，通過(guò)借用斷面計(jì)算兩垂線間的部分面積，部分流速乘以部分面積得到部分虛流量，然后部分流量相加，得到斷面虛流量。另一種是單寬流量法，即采用測(cè)速垂線水面流速乘以測(cè)速垂線水深(也是測(cè)深垂線)，然后單寬流量乘以水面寬后相加得到斷面虛流量[4]。最后，再建立虛流量與實(shí)測(cè)流量的關(guān)系，通過(guò)比測(cè)試驗(yàn)或通過(guò)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)獲得流量系數(shù)K，從而得到河道實(shí)際流量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)靈活，一機(jī)多用，適用于水文應(yīng)急測(cè)驗(yàn)工作；短處是操作者需要領(lǐng)取駕駛執(zhí)照，有航空管制或流經(jīng)城市的河流斷面不可使用。

4 流量測(cè)驗(yàn)方法實(shí)踐探索

隨著國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和信息化水平的高速發(fā)展，河流流量測(cè)驗(yàn)現(xiàn)代化有了極大可能。引進(jìn)各種新的儀器設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，若是某種技術(shù)應(yīng)用于河流流量測(cè)驗(yàn)取得了取得了初步成功，則加大力度推廣應(yīng)用，這種方法在以前和當(dāng)前是一種不可或缺的好模式，但往往忽視了水文學(xué)基本原理和流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范原則等。水文學(xué)之所以稱為研究地球的古老學(xué)科和基礎(chǔ)學(xué)科，不是某一單項(xiàng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展就可以將解決所有問(wèn)題的，定量的觀測(cè)水文要素歷來(lái)都必須得到重視，水文學(xué)的發(fā)展才變得可能。

在河流流量測(cè)驗(yàn)實(shí)踐中，要想獲得小時(shí)或分鐘間隔的河流實(shí)時(shí)在線測(cè)驗(yàn)流量成果，推進(jìn)廣東水文現(xiàn)代化進(jìn)程，有3種途徑：一是用傳統(tǒng)流量測(cè)驗(yàn)方法，在必要的環(huán)節(jié)加入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)；二是采用當(dāng)前流行的測(cè)驗(yàn)方法總結(jié)提高，進(jìn)一步規(guī)范和提升當(dāng)前聲學(xué)多普勒法流速儀測(cè)驗(yàn)方法的應(yīng)用水平；三是引進(jìn)新技術(shù)裝備，研究試點(diǎn)取得成功后，推廣應(yīng)用。從成本效益來(lái)看，第1種途徑成本最小，效益可觀；第2種成本次之，效益最大，應(yīng)作為當(dāng)前努力方向；第3種成本最大，效益最小，可作為以后規(guī)劃應(yīng)用考慮方向。

4.1 聲學(xué)多普勒法流速儀法應(yīng)用進(jìn)展

走航式ADCP進(jìn)口產(chǎn)品應(yīng)用有20多年了，已經(jīng)成為當(dāng)前廣東水文測(cè)驗(yàn)的主要設(shè)備，存在問(wèn)題是在高含沙量或者河床走底時(shí)存在流量偏小問(wèn)題，可通過(guò)外加GPS及羅經(jīng)解決了上述問(wèn)題。不足之處明顯，即大流量、高流速、高含沙量仍然采取測(cè)船橫渡河道斷面的做法，在安全生產(chǎn)高要求高保障情況下，顯得膽顫驚心。因此，走航式ADCP配合測(cè)船在中小洪水或枯水期流量測(cè)驗(yàn)是滿足要求的，也是安全的。

進(jìn)口產(chǎn)品H-ADCP在廣東應(yīng)用超過(guò)了20 a，在水深條件足夠的情況下，尤其是在河口或三角洲受潮汐影響的水文站，不但水深條件滿足，可依托的安裝方式也很多，是最優(yōu)的流量測(cè)驗(yàn)手段及方法之一。實(shí)踐中，安裝在河道主流橋墩上，是最好的方式；其次是安裝在靠近主流的岸邊水位自記臺(tái)上，效果稍差但安全系數(shù)高且維護(hù)方便；最后是通過(guò)打三角樁的方式固定在河床岸邊，此類方式維護(hù)不方便且容易受到水中作業(yè)的破壞。多年應(yīng)用實(shí)踐表明，只要安裝在河道斷面主流的橋墩上，即使代表流速測(cè)量范圍只有幾十米，也是可以找到代表流速與斷面平均流速的良好關(guān)系，其中國(guó)家重點(diǎn)水文站馬口、三水站在2017年、2020年10年一遇的較大洪水條件下，設(shè)備運(yùn)行可靠，測(cè)驗(yàn)精度滿足規(guī)范要求。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)聲學(xué)多普勒流速儀(ADCP、H-ADCP)發(fā)展比較快，已有多家高新技術(shù)企業(yè)成功開發(fā)了ADCP硬件及測(cè)流軟件，部分產(chǎn)品通過(guò)測(cè)試并且得到了水利部技術(shù)推廣中心的新產(chǎn)品推廣認(rèn)可，已達(dá)到水文規(guī)范要求。2019—2020年，我局引進(jìn)國(guó)產(chǎn)ADCP 600 KHz以及H-ADCP 600 KHz開始進(jìn)行示范試驗(yàn)，在水流條件比較好的河段，獲得了滿意結(jié)果。國(guó)產(chǎn)走航式ADCP軟件個(gè)性化需求得到滿足，產(chǎn)品滿足了廣東文文系統(tǒng)要求。

無(wú)論是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)H-ADCP應(yīng)用的不足地方是，后臺(tái)數(shù)據(jù)接收平臺(tái)的建設(shè)滯后，這有有賴于國(guó)內(nèi)企業(yè)在數(shù)據(jù)的應(yīng)用產(chǎn)品及服務(wù)上更上一層樓，既要安全快捷接收H-ADCP探頭的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，又滿足水文資料整編程序以及通信規(guī)約，達(dá)到外接數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品多樣性，解決數(shù)據(jù)接收及處理統(tǒng)一性及數(shù)據(jù)保密性問(wèn)題。

4.2 智能化纜道流速儀法應(yīng)用進(jìn)展

在河寬500 m以內(nèi)的河流，依托現(xiàn)有水文站網(wǎng)建設(shè)自動(dòng)纜道流量測(cè)流系統(tǒng)和視頻系統(tǒng)，在利用人力資源少量的前提下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)河流斷面，遠(yuǎn)程或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流量。限制條件是要能建設(shè)纜道，有固定的纜道房，需要少量人力資源。優(yōu)點(diǎn)是投資不大，滿足現(xiàn)有人員技術(shù)水平，滿足水文站網(wǎng)基本測(cè)驗(yàn)?zāi)芰π枨?。廣東水文局肇慶水文分局引進(jìn)的雙軌纜道自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)，是智能化纜道測(cè)流的升級(jí)版，不同之處采用雷達(dá)測(cè)定河流水面流速，進(jìn)而計(jì)算逐條垂線水面流速下的虛流量，通過(guò)建立實(shí)測(cè)流量與虛流量關(guān)系，通過(guò)流量系數(shù)得到實(shí)測(cè)流量過(guò)程。該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程操控自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)，也可以定時(shí)進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)，獲得河流斷面的實(shí)測(cè)流量過(guò)程，在大洪水中安全可靠，在山區(qū)河流中不愧是一種良好的選擇。

4.3 拋投式浮標(biāo)法應(yīng)用進(jìn)展

隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用的快速發(fā)展，結(jié)合中國(guó)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)GPS定位的高精度快速計(jì)算，可采用無(wú)人機(jī)投放浮標(biāo)及運(yùn)動(dòng)路徑跟蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)投放浮標(biāo)的精準(zhǔn)，再通過(guò)浮標(biāo)在河流斷面定位，得到斷面流速沿河寬方向的變化，進(jìn)而計(jì)算浮標(biāo)法斷面虛流量，通過(guò)浮標(biāo)系數(shù)得到實(shí)測(cè)流量。此種方法在高流速、大流量條件下是非常安全的，在突發(fā)性水事件如潰壩、決堤等情況下也是行之有效的方法。其中定位技術(shù)記錄無(wú)人機(jī)拋投的浮標(biāo)實(shí)時(shí)軌跡，拋投浮標(biāo)的設(shè)計(jì)如何使之始終垂直于水面并保持運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。在2020年廣東省水文應(yīng)急演練中，無(wú)人機(jī)拋投式電子浮標(biāo)測(cè)速儀的表現(xiàn)獲得了演練組的高度贊揚(yáng)，并建議向全省推廣。2020年國(guó)家重點(diǎn)水文站三水站水位6.78 m、在線流量值11 900 m3/s的情況下，開展無(wú)人機(jī)拋投電子浮標(biāo)比測(cè)流速，無(wú)人機(jī)拋投電子浮標(biāo)GPS測(cè)定流速與人工計(jì)時(shí)計(jì)算結(jié)果誤差小，電子浮標(biāo)流速較為可靠。

4.4 航空水面測(cè)流法應(yīng)用進(jìn)展

航空水面測(cè)流法旨在測(cè)量大洪水水面流速沿河寬方向的變化，與智能化纜道流速儀法原理是一致的，不同之處在于前者是機(jī)動(dòng)的，可用于多個(gè)斷面，可一個(gè)測(cè)流系統(tǒng)搭載多套無(wú)人機(jī)及設(shè)備進(jìn)行測(cè)流作業(yè)，后者是固定的，只能用于某一水文站斷面。航空水面測(cè)流法符合廣東水文現(xiàn)代化要機(jī)動(dòng)、靈活、快速的特點(diǎn)，投入產(chǎn)出效益大。經(jīng)過(guò)近期研發(fā)及初步測(cè)試，基于無(wú)人機(jī)的航空水面流速法流量測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)思路正確、合理，在高流速、大流量條件下是適用的；該方法不適用與低流速狀態(tài)，也無(wú)必要研究低流速狀態(tài)的實(shí)用性，因?yàn)樵诘土魉贍顟B(tài)下，有很多方法可選用。

4.5 流量測(cè)驗(yàn)方法綜合選擇

在河流流量測(cè)驗(yàn)中，低流速、小流量的測(cè)驗(yàn)方法選擇性很多，很多傳統(tǒng)和常規(guī)的流量測(cè)驗(yàn)方法都是可以的，既滿足精度要求，又有安全保障。在高流速、大流量情況下，河流流量測(cè)驗(yàn)才是實(shí)踐中需要解決的主要問(wèn)題。另外，還存在往復(fù)流、單向流的問(wèn)題。往復(fù)流一般在入海河口或河流下游感潮的平原地區(qū)，水深條件較好，水位變幅小，河流一般通航，跨河流的橋梁較多，水上航道繁忙。單向流是大多數(shù)河流的流向方式，從上游往下游水深條件逐漸變好，越往上游水位變幅越大，單向流的河流或河段，枯水期水位低，甚至可見大部分河床。所以在河流流量測(cè)驗(yàn)實(shí)踐時(shí)，建議區(qū)分上述情況來(lái)討論，才變得更加有現(xiàn)實(shí)意義。因此，河流流量測(cè)驗(yàn)的方法選擇是有條件的，不可能一種方法滿足所有的河流或河段，需要因地制宜、因時(shí)選擇?？偨Y(jié)以往河流流量測(cè)驗(yàn)方法實(shí)踐，基本經(jīng)驗(yàn)如下：

1) 單向流、中等流速以下的河流流量測(cè)驗(yàn)方法多，沒有哪一種方法具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，只要使用“直接接觸法”就有滿意效果，當(dāng)然這不是河流流量測(cè)驗(yàn)的主要問(wèn)題。

2) 往復(fù)流、中等流速以下的河流流量測(cè)驗(yàn)方法，最優(yōu)的是走航式ADCP或H-ADCP，尤其是安裝在主流橋墩上的H-ADCP具有實(shí)時(shí)在線、數(shù)據(jù)頻次高、測(cè)驗(yàn)精度高的優(yōu)點(diǎn)；其次是纜道流速儀法，或者測(cè)船流速儀法。

3) 中等流速以上是單向流，這是河流流量測(cè)驗(yàn)的主要問(wèn)題。在安全可靠的前提下，最優(yōu)是采用“直接接觸法”，其次是通過(guò)測(cè)定水面流速與斷面平均流速關(guān)系的方法，如浮標(biāo)法、航空水面流速法。

4) 在大流速情況下，尤其是突發(fā)水事件流量測(cè)驗(yàn)，最優(yōu)的航空水面流速法、浮標(biāo)法、比降面積法，電磁法(電波流速儀、非接觸式雷達(dá)法)次之。

5) 國(guó)家重要水文站、跨省重要水文斷面的單向流河道，在配備儀器時(shí)，可考慮智能纜道法、側(cè)掃雷測(cè)流技術(shù)等具有固定設(shè)施的現(xiàn)代化測(cè)流方法，為保障重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面流量的可靠性和實(shí)時(shí)在線可用。

5 結(jié)論和建議

在河流流量測(cè)驗(yàn)中，解決跨河或渡河的方法或手段，是最為關(guān)鍵的問(wèn)題，也是取決可采用哪種方法或那類型設(shè)備的問(wèn)題。測(cè)船、纜道、橋梁、人工涉水都是比較傳統(tǒng)和常規(guī)的手段，除測(cè)船可以機(jī)動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)外，其他的渡河方式只能固守某一水文站固定斷面。隨著無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人機(jī)是安全有效跨河手段，靈活機(jī)動(dòng)，一機(jī)多用，是很好的方法，特別是在突發(fā)性水事件如潰堤、潰壩的應(yīng)急水文測(cè)驗(yàn)中，更加顯示其優(yōu)越性。

因此，在廣東水文現(xiàn)代化建設(shè)中，河流流量測(cè)驗(yàn)問(wèn)題建議按照“直接接觸法”、“部分接觸法”、“非接觸法”進(jìn)行分類設(shè)計(jì)，將主要精力集中在河口地區(qū)往復(fù)流、中等以上流速測(cè)流量測(cè)驗(yàn)、水工建筑物流量計(jì)算等關(guān)鍵問(wèn)題上；重點(diǎn)著力于現(xiàn)代化水文自動(dòng)化流量測(cè)驗(yàn)儀器的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接收整合，以及水文信息預(yù)警預(yù)報(bào)和水文資料整編的應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)；將水位、雨量、蒸發(fā)、地下水、流量、泥沙、水質(zhì)、咸潮等監(jiān)測(cè)成果集中統(tǒng)一起來(lái)管理應(yīng)用等。