周俊峰

摘 要：随着网络信息化技术的不断发展，信息化技术被应用到了各个领域，促进了各个领域的发展。在水文领域进行信息化的建设，水文领域的蓬勃发展。在生物技术与信息化技术的影响下，水文领域利用高新技术改造水利行业，并运用自动化技术、超声波技术等高科技，促进了水文领域的全面性的科技发展。本文分析了超声波探测技术在水文监测中的应用。

关键词：超声波；水文监测

各国科学家们自十九世纪便开始了超声波技术的研究，距今已有上百年的历史。随着科学技术水平的不断提高，超声波技术得以继续发展，如今更是被应用到了各个领域。其中在湖泊、江河等水文监测中应用超声波技术，有利于提高水深和水流速及流量监测的准确性。我国先后研发了船用回声探深仪、水文缆道探深仪、以及超声波流速仪和水位计等。HSH-L型号的探测仪正式依据超声波探测技术研发的，不需专门的导线，只需水體与缆道的钢绳，即可成为传输信号的通道。并分析信号的叠加概率，从而使超声波监测水域深度和精度以及监测结果的可靠性提升。

1 原理

机械振动所产生的机械波的其中一种即为声波，而机械的震动频率通常为几赫到几兆赫。当频率小于10赫时我们称之为次声波，而频率在10赫至10000赫的能够被人耳所听见的是闻声波也就是通称的声波，频率高于声波的即为超声波，不为人耳索能听见。

通过质点的振动可以实现超声波的传播，声波可以在具有弹性的任何物质中进行传播，因为声波穿过物体时，使质点的顺序发生了改变，且按照固定的轨道进行移动。

直接由机械振动所产生的即为超声波，通过能量转换，可以使超声波被控制。发射超声波时，电能逐渐转化为机械能从而发生震动，而在接收超声波时，则是机械能逐渐转成电能，对电能进行进一步的处理，并将相应的结果利用数据进行表示。

超声波的特点为直线的传播、折射、吸收、反射等以及波束效应。在水文监测中应用超声波测探技术的前提是对超声波各种特性的深刻理解。

2 超声波测流速

江河中水的流速的测量目前大都用测船或过河缆道将转子式流速仪投入水中，记录流速仪在一定时间内转动的次数来推算流速，所需测量时间长，效率低，劳动强度大。用超声波测流速的方法很多，主要的有时差法、频差法、相位差法、多普勒法等等。国内常用的是时差法，它利用超声波在顺流和逆流中传播速度的差异来测定水体中某一水层的平均流速的。

超声波测流速的主要优点是测量速度快，效率高；节省人力，减轻劳动强度；不破坏水体原有状态，测量精度较高；便于自动控制和实现无人自动测量；不影响河道通航等。但超声波测速技术要求较高，河道断面要整齐稳定。当流速很大、含沙量很高时，超声波衰减严重，噪音千扰也大。测速技术还需进一步提高。

3 超声波测水深

超声波在某种物质中传播，当到达另一种物质分界面时，一部分能量透过分界面进入第二种物质，另一部分能量则返回到第一种物质内并改变其相角，.向相反的方向传播。将收发超声波的换能器置放在水中一定位置，向河底或水面发射，因超声波在水体中传播速度是已知的，接收并记录超声波往返所需的时间，就很容易得到水深的数据。利用超声波这一基本原理，可以研制出各种不同精度和用途的超声波测深仪器。目前国内生产的超声波测深仪主要有二类：一类是船用回声测深仪；另一类是水文缆道超声波测深仪。

4 超声波水位计

应用超声波观测水位，其原理与超声波测水深基本相同，但超声波测水位的换能器是固定安设的，其方式有二种：一种是设置在江河或水库的最枯水位以下的固定点上，并测量出固定点基准高程，只要用超声波测出换能器以_L水的深度就可以知道水位了；另一种是把换能器安设在最高水位以上的固定点上，同样测出固定点的基准高程，用超声波观测固定点至水面的距离也就可以知道水位了。我国目前多采用前一种。由于声速受到温度的影响，因此超声波水位计都还要有温度改正装置超声波观测水位的优点主要是不需建自记测井，节约经费；安装使用灵活方便，因江河中冲淤变化影响水位观测时，仪器设备容易搬迁；便于遥测遥控。但是，目前生产的仪器还不适用于泥沙多、流速大的江河。

5 未来展望

加强水声基础技术的研究。我国地域广阔，江河水库很多，水文特性各不相同。深入研究超声波在各种不同水文特性中的传播、衰减、噪声干扰等基础技术，才能为超声波仪器的设计提供正确可靠的数据，才能比较理想的选择合理的功率、频率和脉宽，克服盲目性，使超声波技术在水文测验中的应用得到进一步提高。

随着计算机技术的不断发展，在超声波测探技术上应顺应时代发展趋势，将其与计算机技术相结合，充分利用微处理机的技术，并逐渐由软件取代仪器硬件，有利于仪器结构的简化，并有利于提高探测仪器的可靠性与稳定性。还可以将超声波测探技术与Zig Bee技术、GPS技术、RS技术等先进技术结合使用。从而取各技术的长处，降低各技术存在的弊端。

在水文监测中应用超声波测探技术，除了可以测水深和水底地势外，还应拓展其他领域。如利用超声波测探技术测量水底的含沙量，利用多普勒法则对水流速度进行测量，对相关的水文仪器进行检测，还可以用超声波测探技术对土壤中的含水量进行测量。

6 结束语

对水文进行监测，并测量水深的重要方式之一便是通过超声波测探技术。同以往的河底指示器进行测量的方式进行比较，利用超声波进行水文监测具有精度较高、反复测量、并具有实时性的特点，并且超声波测探技术正日臻成熟，其发展前景十分可观。但是在运用超声波测探技术时，应注意将水下探头水平安装，并参照铅鱼仪器的中轴线。并且超声波测探技术目前阶段主要适用于含有较少的泥沙、仪器盲区小于水深、水流不过与湍急紊乱的水域，进而取得较好的监测效果。因此对超声波测探技术应进行逐步完善，从而使该技术可以应用范围更加广泛。

参考文献

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