# 实验指导

## 实验简介

### 1、实验简介

流速的测量就是运用流速仪测出特定点流速的过程，在本实验中，我们将会使用到超声波测深仪和旋杯式流速仪两大实验仪器，分别测出各点的深度和各点的流速。可供实验的实验地点有湘江，长江和苏伊士运河，分别代表了自然河流和人工挖掘河道，，可以分别进行实验，从而比较实验结果，得出自己的结论。本实验一共六步，分别是“测距”，“布点”，“布设测深垂线”，“运用测深仪测深”和“运用流速仪测流速”等，后一步的启动都是以前一步的成功完成为基础，实验中还设置了很多学习内容，如“学习布设测深垂线”，”流速仪的学习和使用“等等，让大家在做实验的过程中即增强了实践能力，也获得了理论知识。

### 2、实验重点

1）掌握利用信息化方法测量河道宽度；
2）合理选择宽河道段面布点设置方案；
3）熟悉了解超声波测深仪；
4）熟悉了解流速仪；
5）模拟进行河流断面深度和流速测量。
6）掌握流速仪测流量的原理和方法。

### 3、实验难点

1）选择合适数量的测速垂线和测速点。
2）选择合适的计算公式，一步步计算出最终的断面平均流速。

## 实验原理

水情要素是描述河流水文情势及其变化的指标，反映河流在地理环境中的作用及其与自然地理各要素之间的相互关系，是研究水文规律的基础，而流速则是水情要素中的重要成分之一。河流流速是指河流中水质点在单位时间内移动的距离，公式如下：
v=L/t
式中：v为流速，
L为水质点移动的距离，
t为时间。
河流流速的确定方法有实测法和计算法两种，本实验采用实测法，即采用流速仪测得过水断面上某点的流速，再采用积点法求得断面平均流速。本实验要求掌握流速的概念和用流速仪测量流速的原理和方法以及如何将过水断面某点的流速转换为断面平均流速。

## 实验内容

1）第一步：选取实验地点

在主窗口上方单击“选择实验地点”后，选择一个实验进行地点，如“湘江”，即定位到实验地点：湘江；

（图一：主窗口）

（图二：定位到实验地点）

2）第二步：测量河岸两侧AB的宽度

在主窗口右侧单击“水文实验一”，即进入测流速实验界面；

在实验界面上方单击“测距”，即开始本实验第一步；
返回到主窗口单击“释放地球”，在“谷歌地球”中根据“测距”页面中的图片提示利用“谷歌地球”自带的测距工具量测出AB之间的距离，在测距页面下方的文本框中输入测距结果值（保留两位小数），单击“确定”，根据提示，测量正确，则继续下一步，否则重新进行测量，如在操作中有疑问可单击右下方“操作提示”获取操作步骤；

（图三：在谷歌地球中使用标尺工具测距）

（ 图四：输入测距数据）

3）第三步：布点

根据测距结果在您认为正确的答案面前打钩，再单击“确定”根据提示，选择正确，则继续下一步，否则重新进行选择，请参考图片，帮助理解各选项，如在操作中有疑问可单击右下方“操作提示”获取操作步骤；

（图五：选择正确布点数量选项）

4）第四步：布设测深垂线

仔细观察示意图，并根据图片充分了解“布设测深垂线”的步骤，并单击“学习布设测深垂线”从几个方面开始学习相关的内容，只有完成学习步骤，才能启动下一步，如在操作中有疑问可单击右下方“操作提示”获取操作步骤；

（图六：学习布设测深垂线）

5）第五步：测深

仔细观察测深仪结构图，此次实验采用超声波测深仪，结合示意图充分了解超声波测深仪的基本构造，以及使用原理和过程，单击“显示/关闭所有测深数据”，则以表格的形式显示所有点的深度，可进行复制粘贴，粘贴时请检查数据是否粘贴完全，在之后的实验中会用到；再单击“显示/关闭所有测深数据”，则可对数据页面进行关闭，如在操作中有疑问可单击右下方“操作提示”获取操作步骤；

（图七：用测深仪测出各点深度）

6）第六步：选择题

根据水文学相关理论基础在您认为正确的答案面前打钩，再单击“确定”根据提示，选择正确，则继续下一步，否则重新进行选择，请参考图片，帮助理解各选项，如在操作中有疑问可单击右下方“操作提示”获取操作步骤；（此为多项选择题）

（图八：选择出合理测速方式）

7）第七步：测速

本实验测流速采用“一点法”测量，单击“上移”或者“下移”将流速仪移动到河底距河面的正确位置，单击“使用流速仪测流速”，若移动到正确位置，则流速仪会读出读数，否则将继续移动直到正确位置；单击“显示/关闭所有测深数据”，则以表格的形式显示所有点的深度，河流在这一点的流速等，可进行复制粘贴，在之后的实验中会用到，粘贴时请检查数据是否粘贴完全，再单击“显示/关闭所有测深数据”，则可对数据页面进行关闭，实验左侧为学习界面，可进行流速仪的相关内容学习，此次实验的流速仪为旋杯式流速仪，如在操作中有疑问可单击右下方“操作提示”获取操作步骤；

（图九：用测速仪测出各点流速）

8）第八步：完成实验，返回主窗口

单击实验界面右上方“返回主界面”，即返回到主界面。

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## 实验仪器

1.测深仪

测深时将超声波换能器放置于水面之下或一定位置,利用超声波在水中的固定声速Vc和超声波发射到接收的时间T，仪器按公式1自动换算出水深H。
H = T*Vc/2
本仪器以单片机为测控中心，控制仪器的发射、接收和对接收数据进行分析处理。超声波收发转换电路采用专门设计的低功耗收发电路，并以16位高亮度液晶显示测深过程和结果，具有耗电省，可靠性高，使用方便，测量迅速准确等特点。仪器配有RS232C接口，可与任何具有RS232C接口的计算机或便携机联机运行。仪器可以在静水中测深，也可在具有一定速度的水中测深，水流速度最大可达5米／秒左右（流速越大，测深距离越小），该仪器是库区、湖泊、河道的理想水深测量仪器。

（图一：超声波测深仪）

2.流速仪

流速仪测速原理是利用水流冲动流速仪的旋桨，同时带动转轴转动，在装有信号的电路上发出信号，便可知在一定时间内的旋转次数，流速愈大，转轴转得愈快。流速与转速间存在一定的函数关系，这种关系是厂家在仪器出厂之前，把流速仪放在特定的检定水槽里，通过实验方法来确定流速与转速间的函数关系。其转速n与流速v有如下线性函数关系：
v=a+b×n；
式中：v-某点流速；
n-流速仪旋浆的转速（每秒的转数）；
a—流速仪常数；
b—旋浆水力螺距；
a、b是通过水槽实验事先率定的，为定值。
对于流速仪旋浆的转速n (转/秒)；n＝R/T。式中 R－时段；T内旋浆总转数；T－测速历时（秒）；因为天然水流为紊流，为消除水流脉动对测量精度的影响，按水文测验规范规定，测速历时T一般不短于100秒，本次测验测速历时T为100秒。而旋浆每20转一个信号，设总信号数Z，则总转数R：R=Z*20。

（图二：旋杯式流速仪）