水力要素量测

（1）水面量测( water level measurement)：对水体自由表面位置的测定。水面量测是水工、河工、港工试验中重要量测项目之一，主要用于量测水位和波浪。

水位量测往往要与基准面的高程相联系，对量测仪器的准确度和长期稳定性有较高的要求。常用的仪器有测针和自动跟踪水位计等。

波浪量测是通过测定水面波动的过程，从而推算出波高、波周期、波谱特性等参数。由于水面波动较快，故对量测仪器的动态特性有一定要求。波浪的量测可采用各种形式的波高仪。

现代的水工试验，不论是水位还是波浪的量测，都采用电脑对水面量测的数据进行集中采集和数据处理。

（2）流速量测( flow velocity measurement)：对水质点运动速度的数值大小及方向的测定。流速量测是水流实验中重要的量测内容之一。

在恒定流中，一般进行时均流速的量测；而在非恒定流中，则要量测流速随时间的变化过程。对变化缓慢的非恒定流（例如潮流）可用间隔一定时间量测一短时段内时均流速的办法来反映流速变化过程：对于脉动流速（不论在恒定流或是非恒定流中）的量测，都要测得流速随时间变化的动态过程，并分析出流速脉动的频率和强度等。

严格说来，为了描述流体的流动要进行三维流速量测。但不少试验可忽略某一方向的流速，简化为二维的流速量测。在某些管道流、明渠流中甚至可简化为一维流速量测。

（3）流量量测（实验室）( flow measurement in lab: discharge measurement in lab)：对单位时间内通过某一过水断面的流体体积的测定。测定流量的仪表称为流量计。目前实验室内常用的有压差类、堰槽类、转子类、电磁类、超声类等几种类型。

（4）水温量测( water temperature measurement)：使用温度计对水体温度场的测定。在与热力因素有关的水力学试验中，水温是主要的量测项目之一。

（5）掺气浓度量测( air concentration measurement) ：对水气二相流中空气浓度的测定。为了研究掺气水流运动规律，有必要测定水流断面平均含气浓度及点时均含气浓度和脉动含气浓度。测量方法有多种，如水面线估量法、光学法、取样法、同位素法、电学法等，常用的有取样浓度仪、y射线浓度仪、电阻浓度仪及针形点掺气浓度仪4种。

（6）压强量测(pressure measurement)：对流体作用于单位面积上的法向力的测定，压强通常分为相对压强和绝对压强。前者是测点水压强与大气压强之差：后者是包括大气压强在内的总压强。测定压强的仪表称为压力计，按其作用原理可分为液柱式压力计、机械式压力计和电测压力传感器等。

包括水面量测、流速量测、流量量测、压强量测、水温量测、流动显示、掺气浓度量测、空化噪声量测、水激振动量测等。

水力量测仪器分静态和动态。静态量测仪器量测不随时间变化的水力要素值，动态量测仪器量测各种水力要素瞬时值。

水力学试验折叠水位和压强测量

水位可直接用木或金属制成的直尺插入水中测读，或在水槽侧壁开孔，外接测压管读出槽中水位。实验室中明槽水位或侧压管水面相对高度可用测针施测。有压管流压强或水工构筑物上压强分布同样可用测压管或差压计测读。

水力学试验折叠流速测量

① 毕托管测速。用毕托管量测液体内点上的时间平均流速时，将毕托管正对流速方向，管中水柱升高值h=u/2ɡ，根据测定的h值算出点上流速u。

② 热膜流速仪测速。其原理是借测定探头上金属膜的散热率，估计流经探头的流体速度。金属膜散热率的大小影响电位差，从而记录出流速。热丝测速仪基于同样的作用原理，探头为一根极细的铂丝或钨丝，是量测紊流脉动流速的有效工具。热丝流速仪更多地用于空气流速的测量。

③ 激光流速仪测速。利用激光对水流中示踪颗粒运动的多普勒效应测得的光频率变化，通过瞬时速度与频率变化的线性关系即得瞬时速度。它的最显著的优点是不需要在水流中放入感应部分，因而对水流无干扰，其分辨率也很高。示踪颗粒一般可利用天然水本身所含杂质。

④ 示踪测速。示踪测速法有:

（a）河流水面放置浮标，通过浮标速度的测量测定平均流速；

（b）水槽水面放置纸花，或滴注比重接近于水的四氯化碳和二甲苯的适当混合液体，用连续摄形法配合水槽侧墙上网格坐标计算流速，在水流断面上垂直于流向安设金属丝作为阴极，铜板阳极可以放在水流其他任何合适位置。通电后，沿金属丝产生氢气泡，从所观察的氢气泡运动了解水流情况，称为氢气泡显示技术。如果引入脉冲电流，沿导线将产生一排一排的气泡，就可测量局部流速分布。

⑤ 旋杯流速仪和旋桨流速仪测速。是将水流动量转换成对旋杯或旋桨的冲量，用于河流流速测量。小形旋桨流速仪，可用于实验室测速。

水力学试验折叠流量测量

① 用标准容器或衡器直接测量固定时段内流入容器的水的体积或水的重量，以计算流量；

② 利用量水堰流量公式和实验确定的流量系数计算流量；

③ 利用文丘里管、孔板与管嘴，通过测定上下游断面压强差以计算流量；

④ 沿河流断面将断面分割，用流速仪测定每一分断面的平均流速，测定分断面面积求流量，然后叠加求出全断面流量。

近代水力要素量测趋于自动化。自动化量测使测点定位、移位、信息判读、采样储存、数据处理及成果显示打印等全过程由量测系统的设备自动完成。目前，也出现了整个试验过程自动闭环控制与检测。在试验中水力要素被传感器检测，一方面显示记录，一方面经过传感器反馈执行器，对试验条件进行预定的调整。2100433B

水文站观测的水文要素包括水位、流速、流向、波浪、含沙量、水温、冰情、地下水、水质等；气象要素包括降水量、蒸发量、气温、湿度、气压和风等。