走航测量断面流量的原理

一次流量的走航测量可以分成三个部分：开始河岸、走航实测断面、结束河岸。

走航实测断面部分还可以进一步地分成：水面估算部分、中间部分（或者称之为测量面积）、河底估算部分。

因此，总流量是由开始河岸部分、水面估算部分、实测面积部分、河底估算部分、结束河岸部分，这五个部分的流量之和计算得到。其中，只有中间的实测面积部分是通过声学多普勒剖面仪测量得到的。应该注意到：所有其它的面积流量是通过由水文部门推荐和证明了的方法估算得到的，这一点是非常重要的。

将总流量的计算分成几个部分的原因，是由于声学多普勒剖面仪本身的局限性造成的。声学多普勒剖面仪之所以不能完整地测量到整个断面流量的原因是：

① 所有的多普勒剖面仪都有一个最小测量水深的限制。当断面的水深小于该限制的数值时，该剖面的流速以及流量都需要根据河岸边最后一条剖面的流速和水深进行估算。开始河岸和结束河岸的部分流量是通过这种方法进行计算的。

② 仪器的安装入水深度，再加上从剖面仪探头到开始有流速测量数据处之间的距离（通常，我们称之为盲区），使得离开水面有一部分的面积是没法测量到的。这一部分的面积，称为水面估算部分。

③ 靠近河底的最后测量单元会受到“损伤”（例如：该单元可能部分或全部触到了河床），或者测量剖面的最后剖面会受到波束的旁瓣干扰，使得靠近河底的一部分面积无法测量到。这一部分的面积，称为河底估算部分。

因此，如何计算这些估算部分和边界部分的流速和流量呢？

一种称为“剖面流速外延法”用来估算水面和河底未测量部分的流量。这种理论研究用以建立垂直剖面流速分布的模型，可以用于计算这些部分的流速以及流量。

剖面流速外延法是使用剖面流速的幂函数公式。这个公式是由陈（1991 年）、辛普森和曼宁（1990 年）发明的。我们就是采用这个公式来计算实测部分以上和以下部分的流速和流量。

公式中 ——

u 是指在从河底算起的水深 z 位置的流速；

u* 是指河底的流速；

z0 是指河底的高程；

b 是一个常数（根据 1991 年 陈发明的公式，该常数为1/6 ）。

若要采用这个公式，则有一个假设：剖面范围内的流速是稳定的，流向是相同的。如果河道的实际情况并非如此的话（例如：层流速不一致，或者同一个垂线剖面有双向流等），就必须采用另一种外延的推流方法，我们在RiverSurveyor Live 软件中已经采用了这种方法。在默认的情况下，RiverSurveyor Live 软件中是采用了 1/6 幂函数定理来计算流速剖面，根据整个剖面中的实测流速来计算水面上层和河底下层，这二个不能实测部分的流速。

现在，我们有了水面和河底估算出来的流速。而每个部分的流量则是根据流速、水深、测船横跨断面的距离等计算而得的。

开始河岸和结束河岸部分的流量是根据停住在岸边时（相对静止）实测到的剖面平均流速而计算得到的。有一点很重要，即：必须让测船尽可能地静止在岸边的地方。这时测量得到的剖面平均流速乘以一个系数作为该河岸部分的平均流速；根据岸边的形状，选择是斜坡还是陡岸，再根据实测流速处的水深算出该岸边的面积；从而计算出该面积的流量。

在实测断面部分，是根据实测的水深、测船航行的距离、和剖面的平均流速计算出该部分的流量。在测量过程中，系统会自动补偿测船在航行中航迹的方向和航速改变引起的偏差。

另外，还需要指出的是，计算机和手机的软件在整个测量过程中，可以监视测量的每一步，并自动计算流量。