非接触式明渠水流监测技术的发展现状

在 20 世纪 80 年代以前，国内外几乎所有水文站都采用基于转子式流速仪 [4] 的流速-面积法观测河道断面布置点的平均流速并计算流量。由于具有准确、稳定、结构简单、易于掌握的特点，这种经典的接触式测流仪器依然是我国河流流量测验的主要工具 [5]。但由于天然河流复杂的紊动特性难以利用点测量技术获取，或代价很高，且恶劣的现场环境亦大大增加了水文测验的难度，长久以来不仅导致洪水和干旱等极端条件下的河流流速、流场及总径流变化速率等水流信息难以及时获取，而且导致人们对明渠紊流的认识受限，许多水利工程中应当用紊流理论进行求解的流体力学问题都得不到很好地解决。近年来，在传感器及嵌入式系统快速发展的推动下，实时的明渠水流监测技术取得了长足进步，特别是基于声学、光学、电波及图像的非接触式测流仪器显著提高了水文测验及水利量测的效率及安全性 [6]。然而对一般用户而言，新技术的全面理解和综合评价却往往是项艰巨的任务。

 

本文将首先介绍几种非接触式测流仪器的原理、性能及适宜性，然后分析当前水文测验及水利工程对现代明渠水流监测技术的应用需求和潜力，最后对新技术的发展前景进行展望，以供水文工作者及仪器开发人员借鉴。