为了实现水工物理模型实验中波高这一重要参量的高精度测量，提出了一种基于激光入射光斑识别的非接触式波高测量方法。构建了波高测量装置的图像成像几何关系模型，研究了波高测量装置主要参数的确定方法。根据激光入水二值化图像特征构造了激光入水特征模板，提出了激光光斑动态跟踪算法。最后，根据确定的结构参数与图像传感器参数，搭建了实验装置，对波高传感器进行了标定，并利用标定曲线对电动位移平台模拟的波浪进行了测量。实验结果表明：实测位移与电动位移平台设定的位移基本吻合，最大误差仅为0.65 mm。该方法基本满足水工物理模型实验波高测量的高精度、非接触与高动态性等需求。

针对现有水下超声波水位测量方法精度偏低, 无法满足水工物理模型实验测量需求的问题, 分析了水下超声波水位测量误差来源和误差量级, 综合考虑水声速与渡越时间对测量精度的影响, 提出了一种水下高精度超声水位测量方法。首先, 分析了超声波换能器间隙误差对声速测量精度的影响, 提出了间隙误差计算方法, 从原理上消除了水体环境变化对水位测量精度的影响; 其次, 基于超声波回波信号的包络形态不变原则, 采用归一化包络时差法检测超声波渡越时间, 并给出了离散数值计算算法流程, 以减小信号衰减特性的渡越时间检测的影响。理论分析表明, 该方法能从水声速和渡越时间两方面同时减小水位测量误差。为了验证本方法的可行性, 开发了实验样机, 并进行了计量检定实验, 实验结果表明, 在400 mm量程范围内, 水位测量误差小于0.1 mm, 满足水工物理模型实验高精度水位测量需求。

针对水工物理模型试验中尚无简单易行的表面流速测量方法，提出了一种新型光电非接触式表面流速直接测量法。在对光束入射水体后散射光强度公式进行推导的基础上，根据水体浅层泥沙浓度的统计继承效应，得出了经上下游浅层泥沙调制的散射光强成相关特性的结论。根据上下游散射光的相关特性，推导了流速测量公式，并分析了上下游测量间距、水流流速、采样率对测量结果的影响。搭建了实验系统，在6种不同标定流速下，分析了不同含沙量对测量精度的影响。实验结果表明，在0~50 kg/m36种不同含沙量情况下，实测流速与标定流速的一致性均较好，但水体在10~50 kg/m3适量含沙情况下，测量精度较不含沙情况有所提高，测量绝对误差均小于0.1 m/s,相对误差能控制在8%以内。

针对水工物理模型表面流速测量方法的技术现状,提出了一种不对流场造成破坏的新型光电非接触式表面流速测量方法。对流速测量原理进行推导,并对影响测量精度的因素进行了分析。搭建了实验系统,在6 种不同标定流速下,对0、25 kg/m3 及50 kg/m3 三种含沙量情况下的流速进行了测量。实验结果表明,在三种不同含沙量情况下,实测流速与标定流速的一致性较好,证明理论的可行性。实验还发现,水体适量含沙能提高流速测量精度,流速相对误差能控制在8%以下。