现代测流方法
河流流量测量是水文工作者的重要任务之一。传统的河流流量方法包括人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量等。其基本原理是在测流断面上布设多条垂线。在每条垂线处测量水深并用流速仪测量一至几个点的流速仪从而得到线平均流速。进而得到断面面积和断面平均流速。流量则由断面面积和断面平均流速的乘积得到。
流量测验(flow measurement；discharge measurement)，江河、渠道流量的实地测量。流量测验有流速面积法、建筑物法、稀释法等多类方法。可因地因时制宜和经济合理地选择使用。
江河、渠道的流量常随时间而变化，通常不直接用实测流量来反映变化过程，而是用实测流量和相应水位资料建立水位流量关系，然后用连续观测的水位资料转换成流量资料。流量测验的次数及其在水位上时间上的分布，以能满足确定水位流量关系的需要为度。
下面，就着重介绍一下现代测流的几种方法。
流速面积法
流速面积法这是使用最广泛的方法。其基本原理是：通过横断面上单元面积的流量是该面积与水流速度(流速)的乘积。分别测量各个部分的流速和面积即可求得流量。
此类方法要设置垂直于流向的横断面，进行断面测量。一般要在断面上布设许多测深垂线，在垂线上测量水深，并测定垂线与岸上断面起点桩间的距离，即起点距。施测水深可以用测深杆、测深锤、铅鱼或回声测深仪。后者是用位于水面下的换能器发射超声波，声波遇到河床后反射回来，由仪器接受，按照声波的往返走行时间和巳知的声波在水中的传播速度来确定水深。起点距则可通过缆索、视距、仪器交会等方法确定。两相邻垂线起点距之差即部分宽，乘以部分平均水深，即为部分面积，其总和即断面面积，根据断面测量的资料，可以绘出以起点距为横坐标、河床高程为纵坐标的断面图。对于断面稳定不变的河流，实测流量时不必每次都实测断面，可借用巳有的断面图，用水位计算垂线水深和面积。
流速仪法
流速仪法是最基本的方法。常规的作法是在部分或全部测深垂线上用流速仪测定流速，用部分平均流速与部分面积之乘积作为部分流量，部分流量的总和即为断面流量。近来还创造了动船法和积宽法。前者在测船沿断面航行中，用回声仪测探，用特制流速仪测速，推算流量，宜用于需要测次较多的平原大河及河口地区。积宽法是利用水文缆道悬吊流速仪沿断面横渡测速，宜用于有缆道且水较深的测站。
浮标法测流
这是一种最简单和最易作到的方法。它采用一块木头或装有少量水的瓶，在木头上或瓶口上插小旗作为浮标，利用手表测定浮标通过在海湾或河流中相距一定距离的两点的时间即可求出流速。通常用每秒钟内的米数来表示这一速度。利用上述方法只能测出表层的流速。如要测出深层水的流速，就使用上下两个瓶子，此时上面的浮瓶流速代表两个瓶子的平均速度。测出表面水流的平均速度后，就可求得深处瓶的水流速度。
浮标流量测验是水文工作者在长期的实践中总结出的重要测流方法，浮标流量测验具有“选材容易、造价低、投放速度快、易操作、易成活、稳定性强、测流速度快、安全性能好”等一系列优点，山溪性河流以及暴涨暴落的洪水在流量测验时经常会选用浮标法，浮标法在以往多次洪水测验中为完整控制流量过程、准确计算水沙总量、分析水位流量关系以及水文资料整编等提供了依据。而这中间需要弄清几种关系。
1.流量过程控制和单次质量的关系
《河流流量规范》规定，流量的测次布设，应能完整控制洪水过程，准确计算水沙总量、日平均流量，并能准确推求最大、最小流量及水位流量关系，满足报汛需要。
2.水峰过程控制和沙峰过程控制的关系、输沙率测验和单样含沙量测验的关系
使用浮标法进行洪水测验时，由于人员紧张、水沙测验及报汛任务繁重、单沙处理需要一定时间等等客观因素，洪水测验往往容易步入重水峰而轻沙峰的误区。
3.常规浮标测验与浮标系数研究的关系
目前黄河水文测区各站浮标测验多采用经验系数法，多数测站未进行过浮标法与流速仪法比测实验，许多测站洪水时无法实测过水断面，经验系数法及借用断面法增加了浮标测验的不确定性。
只要我们充分认识浮标测验的优缺点，充分研究水沙规律和本站测站特性，并不断积累比测资料、分析研究浮标系数，我们就会不断提高浮标测验精度，从而准确控制水沙过程，并更好地为黄河防汛、黄河水资源统一调度和流域生态建设服务。
超声波测流
近几年来，随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门，正日趋成为测流工作的首选工具。
超声波流量计的测量原理
超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差
来反映流体的流速，从而测出流量；多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。
2.1时差法测量原理
时差法测量流体流量的原理如图1所示。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。
图1超声波流量计测流原理图
设静止流体中声速为c，流体流动速度为v，把一组换能器P1、P2与管渠轴线安装成θ角，换能器的距离为L。从P1到P2顺流发射时，声波传播时间t1为：
从P2到P1逆流发射时，声波的传播时间t2为：
一般c>>v，则时差为：
单声道测试系统只适用于小型渠道水位和流速变化不大的场合。大型渠道水面宽、水深大，其流速纵横变化也较大，须采用多声道超声波测流才能获得准确的流量值，见图2。应用公式(5)、(6)可测得流量Q。
以上各式中：d为垂直于水流方向上两换能器之间水平投影的距离，为声道数，S为两声道之间的过水断面面积。
图2多声道超声波流量计测流原理图
超声波流量计的分类
1根据超声波声道结构类型可分为单声道和多声道超声波流量计
2根据超声波流量计适用的流道不同可分为管道流量计、管渠流量计和河流流量计
应用研究
结合国家大型灌区信息化建设的研究内容，在昌乐县高崖水库灌区的北干渠上布设了4处监测站：其中徐家庙监测站渠底宽7.0m，水深1.0～2.0m，采用5声道明渠超声波流量计监测，见图5。山秦监测站将一段明渠改造为有压管道输水，管径是1.4m，采用单声道管道超声波流量计监测，见图6。在日照水库灌区总干渠上布设了6个测站，其中石咀监测站渠宽4m，水深1.5～2m，采用了多普勒超声波流量计进行监测。
ADCP测流
ADCP全称为Acoustic Doppler Current Profilers，即声学多普勒流速剖面仪，是二十世纪80年代初发展起来的一种新型测流设备。
它利用多普勒效应原理进行流速测量。ADCP因其原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。
ADCP是英文Acoustic Durrent Profiler的缩写。中文通常译为声学多普勒流速剖面仪。当装备有ADCP的测量船从河流某断面一侧航行至另一侧时，ADCG即刻测出河流流量。
ADCP简介
顾名思义，ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流速度剖面的仪器。与机械式电磁式流速仪不同，ADCP是一种遥测仪器。即ADCP流速测量点不在ADCP所处的位置。而且，ADCP可以测量距其一定范围内的许多点的流速。也就是说，一台ADCP可以替代许多台机械式电磁式流速式。
为了测量三维流速，ADCP一般装备有四个（或三个）声换能器。换能器总是安装成与ADCP轴线成一定倾角。每个换能器即是发射器对应于一个声束。换能器发射的声波尽可能集中于较窄轴线成一定倾角。每个换能器即是发射器又是接收器。换能器发射的声波尽可能集中于较窄的声束范围内。每一个换能器对应于一个声束。换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被子水体中颗粒物散射回来的声波。假定水体中颗粒物与水体流速相同。当颗粒物的移动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回疲频率高。当颗粒物的移动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频低。
ADCP通过跟踪水体中颗粒物的运动（称为“水跟踪”）所测量的速度是水流相对于ADCP（也即ADCP安装平台）的速度。当ADCP安装在固定平台上（水跟踪“测量的流速即为水流的绝对速度。当ADCP安装在船上（移动平台），“水跟踪”测量的相对速度中扣除船速（平台的移动速度0后才得到水流的绝对速度。
有两种方法可以测量船速。第一种方法为“底跟踪”是指ADCP通过接收和处理品由河底或海底的回波信号跟踪河底的运动。如果河底或海底没有移动的悬移质，“底跟踪”所测量的速度即是船速。第二种方法是利用GPS测量船速。由航迹上任意两点的GPS座标值可以得到两点间的位移，再除以相对应的即得到船速。一般来说GPS方法测船速不如“底跟踪”方法精确。
从理论上讲，ADCP流量测量原理与传统人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量的基本原理是一样的，都是在测流面上布设多条垂线。在每条垂处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速。只是ADCP所测的垂线可以很多，每条垂线上的测线上测点也很多。然而，与传统方法相比，ADCP方法有如下几点下同：
（1）传统方法是表态方法。即无论是人工船测，桥测，缆道测量，还是涉水测量，仪器总是固定于所测垂线进行测量。ADCP方法是动态方法。ADCP在随测量船运动过程中进行测量。
（2）传统方法的测流面通常要求垂直于河岸。ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸。船航行的轨迹可以是斜线或曲线。
为了计算流量，ADCP在走航测量中测量如下数据：
（1）水的相对速度（相对船的速度，由“水跟踪”测出）
（2）船速（由“底跟踪”测出，或由算出）
（3）水深（由河底回波测出，类似于回声测深仪）
（4）船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算出）
超声波测流技术以其测量精度高、实时性好的特点越来越得到重视。但因其价格高、专业性强、维护管理要求高使其应用推广较慢。随着国家对水利投入的加大和节水型社会设该技术设备将很快成为主要测流手段而得到广泛的应用。
其它方法
比降法：用实测的水面比降，连同断面资料和本站的或借用的糙率资料，用水力学公式计算流速和流量。此法精度较差，只在不能使用其他方法时使用，或者作为一种辅助性方法。
建筑物法：通过跨河建筑物的流量同上游水头，上下游水位差等存在的函数关系。可以在断面上设置标准形式的水量建筑物，观测水位，用水利学公式推算流量。此法精度好，工作方便，但造价较高，一般用于中小河流。河流、渠道上的涵闸、水库的泄水建筑物、抽水站水电站的过水设备等，在条件适合时，也可用来测量流量，但其流量系数要在现场用其他方法实测流量来进行率定。
稀释法：在河段上游投入的示踪剂，至下游被河水混匀后总量不变，而其稀释倍数与流量成正比例。按示踪剂的量与下游检测的示踪剂浓度资料计算流量。适用于水流紊乱的地方。
中国的流量测验，以流速仪法、浮标法为主。随着过河设备的改进，流速仪测流能力和浮标法的适应能力都有很大的提高。研制和改进了流速仪、回声测深仪、超声波测速仪等仪器，对流量测验误差、浮标系数、用铅鱼测深的悬索偏角改正、堰闸测流、动船测流、潮水河测验方面作了许多实验研究工作，制订了有中国特点的规范。在世界上，尽管流量测验方法很多，但仍以流速仪法、浮标法、比降法为主。中小河流量水建筑物的应用也比较广泛。
我们也相信，随着科技的进步，现代测流的路也会越走越宽。