工控摘要：水是經濟社會發展的重要戰略性資源之一。加強對水資源的計量管理對水資源的科學管理有著重要的意義。本文通過對天津市引灤隧洞管理處進口水文站的瑞士產超聲波流量計與流速儀測流兩種計量手段的分析對比。驗證超聲波流量計的流量測驗精度，推廣超聲波流量計在輸水明渠的測驗經驗。

1、實驗測站簡介

天津市引灤隧洞進口水文站是天津市引灤工程輸水渠道上的*個水文站，肩負著引灤輸水計量任務。設立于1983年8月，1994年3月經天津市*批準為國家二級水文站，進行水位觀測和流量測驗。進口水文站與大黑汀水文站共用個測流斷面，同時進行觀測，以保證輸水計量的精度和一致性。現在的測流斷面位于大黑汀水庫分水閘下200m的人津渠明渠段，始建于1994年底。斷面上游為彎道，斷面處在彎道以下100m處的平直渠道上，其下為隧洞暗渠進口。

輸水明渠為砼矩形渠道，測流斷面處渠寬5.7m，一般輸水時水深3～4m。測流斷面形狀規整，無沖淤變化。

2、瑞士產超聲波流量計測流原理及方法

設超聲波在靜水中傳播速度為C，聲路長為Lw，水流速度平均速度為。

進口水文站明渠兩側分別裝有八個換能器（探頭），換能器為壓電晶體，壓電晶體具有聲能和電能相互轉換的特性，處理單元發送一個電信號給換能器1，換能器1把電能轉換為超聲波，換能器2接收到超聲波時，它能立即產生一個電動勢送到處理單元，處理單元便可測出超聲波的順流傳播時間t12，同理當換能器2發射超聲波時，換能器l接收，可計測出超聲波的逆流傳播時間t21。

當換能器1向換能器2發射超聲波時（順流），超聲波在順流中的曲1為靜水流速加上水流速度分量。

即V1=c+1cosφ

當換能器2向換能器1發射超聲波時（逆流），超聲波在逆流中的速度v2為靜

水流速減去水流速度分量。即V2=c-cosφ。

根據聲路長Lw，可計算出超聲波順流傳播時間t12=Lw/v1

超聲波逆流傳播時間t21=Lw/v2

根據順流，逆流的傳播時間可計算出傳播時間差，然后設備根據該時間差可計算出水流的平均流速

為了減少不確定的流速剖面，同時為了即使在惡劣的流態條件下也能獲得高精度的流量數據，進口水文站采用多聲路配置。進口水文站共設置了8個聲路，在正常水位下能夠全部工作。

在多聲路測量中，使用“平均斷面法”，即測量從水表到渠底之間的若干層的流速進行平均，總流量Qtot~根據下列關系式得出：

底部流量Qbottom是指zui低聲路之下的底部面積乘以底部流速得出的流量，其中底部流速是指通過渠底摩擦系數校正過的zui低聲路流速；頂部流量Qtop是指zui高聲路之上的頂部有效面積乘以頂部流速Vtop得出的流量，V（zi）代表第i路的流速，A（五）代表第i聲路之下的橫截面積。

3、使用流速儀測流方法

進口水文站的主要測驗設備為日記式自記水位計和流速儀測流纜道（跨渠鋼梁懸桿纜道）。懸桿纜道有定位準確、無偏角影響、儀器不受干擾等優點，其測寬、測深和流速儀定位誤差均控制在1cm之內。規整的砼矩形斷面無沖淤變化，懸桿纜道定位準確，易于將測寬和測深誤差控制在允許范圍內。保證了測驗精度。進口水文站一直采用五條垂線、每條垂線上五個測點的方法。測點歷時lOOs，保證了流量測量的精度。流量測驗中按《河流流量測驗規范））GB50179—93執行。根據實測流量，繪制水位流量關系曲線。進口水文站水位流量關系基本保持穩定。日輸水量采用自記水位計摘錄后面積加權法計算。

4、兩種測驗成果比較

從理論上講超聲波流量計測量原理與傳統的轉子式流速儀法基本相同，都是將測流斷面而分成若于個子斷面，在每個子斷面內分別測量垂線處多點流速并測量水深、從而得到子斷面內的平均流速和流量.再將各子斷面的流量疊加得到整個斷面的流量。但不同的是轉子式流速儀測流時間長。修定水位*量關系曲線后，水位與流量成單一對應關系。而超聲波測流時間快，每秒就測出一個流量。在一個水位就有多個流量，且多個流量間不斷發生變化。單就流量對比很難說明問題。但我們可以通過一段時期l的輸水量進行對比。通過對天津市引灤入津隧洞進口水文站2007年下半年的一次輸水過程的兩種測驗手段測得的水量比較.從中可以看出兩種測驗手段測得的日輸水量相對誤差相當小，在0.3-3％之間。整個通水過程（2007年10月10日一2007年12月7日）總量的相對誤差為1.64％。

5、結語

本次比測研究結果表明：由瑞士產超聲波流量計測得的輸水量，與轉子式流速儀和日記式水位算得的流量相對誤差為1.64％。達到水文站的測驗精度要求。超聲波流量計的測流原理及應用方式具有廣泛的應用前景，可以相信，隨著科技的進步和新測流技術標準的出臺，超聲波流量計能夠在水文測驗中廣泛應用，充分發揮其“快速、準確、及時、安全的優點，勢必加快水文現代化的步伐，為今后水資源管理，為防訊抗旱、合理開發、利用、管理水資源和保護水環境發揮重要作用，對促進國民經濟建設和社會發展具有可利用的價值。