水平衡测试水量测试方法与研究

□ 李 璇

一、流量测验仪器设备

流量测验方法和手段有很多，常用的精度较高的测验方法按测量原理，可分为下列几种类型：

（一）流速面积法

流速仪测量。常用的型号有LS25-3、LS20B、LS10、LS78流速仪。

（二）水力学法

量水建筑物测量，如：三角形、矩形和梯形薄壁堰。

（三）物理法

超声波测量。流速跟踪者ADV、超声波流量计、多普勒法声学流量仪。

（四）直接法

容积法测量。量桶、水罐、水池等，量桶适用小水量测试。

二、仪器设备比测分析

不同类型的流量测验仪器设备都有其相应的适用条件、施测范围和使用要求，如水深、流速、流量和含沙量大小等方面要求，实际测量时要因地因时采用比较先进的测验设备和精度高的测验方法，使测量的资料具有一定的可靠性，又要保证流量测验精度。在水平衡测试前，须对使用的仪器设备进行检定或比测，以保证测量的误差能够满足测验误差要求。测验仪器设备检定或比测主要注意以下方面问题。

（一）流速仪、水表出厂都是经过检定的，但在运输、存放过程中难免有剧烈振动或碰撞，或出厂、检定时间过长。

（二）使用三角形、矩形和梯形薄壁堰施测水量时，应该与流速仪测试法、容积法、水表进行比测。

（三）超声波流量计与检定的水表进行比测，设置仪表系数（标尺因子），消除不同管道引起的误差。

（四）水平衡测试应用的各种仪器设备要有检定书或比测误差分析资料。

三、水位监测

水平衡测试一般比较注重流量监测，而忽视水位监测，特别是明渠流量测试，采用流速仪、浮标、比降面积法测流时，水位是不可忽视的重要因素，只有掌握水位变化过程，建立相应水位流量关系，才能够准确掌握某一时刻的流量或某时段通过某一断面的水量变化。否则将影响取水量或排水量的测量精度，也可能因上下游水位涨落变化，在区间没有入流或出流情况下，出现下游流量大于上游流量，或下游流量比上游流量小得太多。水位监测精度可以根据断面的水深、流量大小确定，一般记至0.005m，流量小于0.01m3/s，平均水深小于0.10m时，可记至0.002m。精度较高自记水位计设备，能够准确测得水位变化过程，更能够推算出精度高的流量或水量，使用自记水位观测时，要用水尺水位进行校测，确保自记水位计观测资料精度。人工监测水位时，需设静水设备，水尺设立及水尺零点高程测量应符合规范要求。观测段次及时间，以能够测得完整的水位变化过程，满足水平衡测试精度的要求为原则。

四、流量测试

水平衡测试因水源取水方式、用水设备、排水方式，农业、企业用水、排水量大小不同，在进行流量监测，需要使用不同类型的仪器设备，才能满足测试精度要求，采用流速仪、三角形、矩形和梯形薄壁堰、流速跟踪者ADV、超声波管道流量计、水表等仪器设备测量流量时，要因地制宜，并根据具体现场实际情况确定采用精度高的测验方法。在满足使用条件和适用范围的前提下，要求注意以下几方面：

（一）流速仪施测，应设立测桥进行施测，同时还要进行水位监测。垂线水深要记至0.005m，尽量在水位较为稳定期间施测。正式测量前，要进行水道断面测量及加密测速垂线的流速测量，依据流速横向分布变化，再适当减少测速垂线，确定测速垂线数目。选择测试断面的上下游形状基本一致，且顺直长度应大于过水断面水面宽的3倍，离开卡口、弯道距离为水面宽的5倍。测试渠段的水流顺畅，无急流、斜流、回流、死水等现象。

布设测速垂线时，必须考虑渠床地形和流速横向分布形状，须注意以下几个问题：1.垂线分布要大致均匀；2.水流不规则时，流速分布转折点要布设垂线；3.断面测速垂线数，垂线测点数，要达到精测精度要求；4.靠近岸边垂线间距要小于邻近两条垂线间距，也不能小于其一半间距；5.要考虑流速脉动影响，测速历时要大于100s。

涉水便用流速仪施测时，测量人员要站在测试断面下游，距垂线的侧面、测试断面0.5m以上，测试断面的河底要保持原状态，否则影响水深测量精度。测速垂线最大距离要满足精测法要求，最小距离不能小于流速仪旋转直径。

用流速跟踪者ADV施测时，要注意仪器结构，某一侧的测速垂线是否能够放到位。不能满足流速仪测速要求时，要改用其它方法施测。

（二）三角形、矩形和梯形薄壁堰施测时，堰制要符合规范要求，薄壁堰与明渠的两侧及底部要封堵好，不能有跑水现象，施测时要注意淹没出流的监测方法。三角形薄壁堰适用于小流量施测，在斗渠、农渠及田间用水量施测时较为适用，矩形和梯形薄壁堰适用于排水量施测。

（三）水表、超声波管道流量计安装要按说明书要求操作，安装管上的位置，其前后顺直管长度应符合不同管径规定的距离。采用超声波管道流量计施测时，有关指标要达到测量精度要求，更要注意检查信号强度、信号质量，传输时间比是否达到测量要求。要了解掌握企业上午、下午、夜间及间歇时间用水、取水量变化情况，再测量不同时段的数据，才能够准确水量。

（四）农业水平衡测试，施测上下游断面流量要使用相同型号的仪器设备。

（五）工业水平衡测试，使用超声波仪器时，要注意相关事项，对参数设置、安装方式、信号强度及质量、传输时间和传输时差逐项进行检查，及时检查校核是确保准确计量的前提，检查仪器测量突变原因，确定是仪器故障还是流量发生了变化。

五、加强测试人员培训

先进的仪器设备需要技术水平高、实际工作经验丰富，责任心强，有工作能力的人员进行操作，加强测试人员培训是提高水平衡测试技术水平的重要手段。提高测试人员技术水平对于推动测试工作顺利开展，保证安全生产前提下，才能适应不同类型、不同方式、不同环节的水量测试，保证监测数据精度高、误差小，并具有代表性。

先进的仪器设备可以获得精度高、质量可靠的监测成果。加强测试人员安全知识学习，提高测试人员素质和技术水平，在测试方法、先进的仪器使用操作及各种仪器设备适用条件等方面进行培训也是十分必要的。在保证精度前提下，测试误差符合规范要求，获得测量的数据才有代表性、可靠性和连续性。

测试人员培训学习知识，以安全知识和安全生产为前提，以提高测试人员素质和技术水平为基本条件，以增强责任心、培养合格测试人员为基础，以测试仪器设备规范操作、测试方法及注意事项为重点，对测试人员进行安全知识、测试能力和水平，不同测试方法及应急措施考核，考核合格的试用人员，方可上岗进行水平衡测试工作。

六、加强前期现场调查、确定仪器设备及测试方法

水平衡测试前期调查、确定仪器设备及测试方法很重要，也十分必要。测试主要技术负责人员根据现场调查情况，分析研究选定的测试断面、测试节点，再确定仪器设备及测试方法，根据现场调查绘制的供排水网络图及测量节点图，将相关测试技术人员进行合理分工，再到测试现场指认测试位置，对测试人员说清楚测试方法、测试时间、测试顺序，需要的仪器设备，需要注意问题和有关事项，还需有相关人员配合。在农业水平衡测试前期调查工作中，测试节点要标记清楚，选定的干渠、支渠测试断面，其上下断面的距离要符合规范要求。干渠、支渠的流量小于规范要求时，期间渠段渗漏严重，或支渠闸、斗渠闸有分流，闸门关闭门不严，跑出的水量较多，影响水平衡测试成果精度时，可根据规范给定的指标，依据施测的流量大小，按一定倍数，缩小干渠、支渠上下游测试断面的距离。在企业水平衡测试前期调查工作中，企业各单元或车间取水、用水、排水要调查了解清楚，不能遗漏，并根据企业生产及设备情况，在保证安全生产情况下，确定测量节点、断面及测试仪器设备。正式测试前，再将制定的安全制度、注意事项、测试仪器设备适用条件，基础数据、测试方法等相关测试要求分发到测试人员手中，确保水平衡测试工作正常、顺利开展。

七、结束语

（一）各种仪器设备都有其适用条件，使用每种仪器测试，要满足最小流速、最小水深、最小流量及仪器对测试设备的要求，否则影响各环节测量精度。 测试前有必要对相关测试仪器进行检定或比测，比测精度要满足规范要求。

（二）先进的测量仪器设备，能获得高水平、精度高的测试成果，是保证安全生产的重要手段。水平衡测试需要水量仪器设备，应采用经过鉴定的新技术、新方法、新仪器和检验合格的常规仪器设备。

（三）使用流速仪测试结合水位监测，测试断面应设置测桥，断面布设要符合规范要求。

（四）薄壁堰测流，要设有精确高测量设备，能够测出上下游水面毫米级的水头，注意淹没流的测试方法和计算方法。

（五）采用超声波测量，要注意对环境及所测量设备要求，对参数设置、安装方式和要求、信号强度及质量、传输时间和传输时差逐项进行检查，及时检查校核。

水量监测方法选择时应注重现有的仪器设备，既适用合理，又切合实际满足要求，避免不适当测试方式，应以符合现行水文规范规定的测试精度要求及仪器设备要求为前提条件。