中小河流流量測(cè)驗(yàn)中雷達(dá)波流速儀的應(yīng)用研究

莊秀華

【摘 要】雷達(dá)波流速儀是一款適用于中小河流流量測(cè)驗(yàn)的水文巡測(cè)儀器，能夠準(zhǔn)確地預(yù)警山洪暴發(fā)、突發(fā)性暴雨洪水等，從而保障人們的人身與財(cái)產(chǎn)安全。論文主要對(duì)雷達(dá)波流速儀這一儀器進(jìn)行簡(jiǎn)單概述，并介紹了雷達(dá)波流速儀的優(yōu)缺點(diǎn)，雷達(dá)波應(yīng)用時(shí)的影響因素等，為相應(yīng)人員提供參考依據(jù)。

【Abstract】Radar wave velocity meter is a hydrological surveying instrument suitable for small and medium river flow test， which can accurately predict flash floods and sudden storm floods to protect people's personal and property safety. This paper mainly introduces the instrument of radar wave velocity meter， and introduces the advantages and disadvantages of radar wave velocity meter and the factors affecting the use of the radar wave velocity meter， so as to provide reference for the corresponding personnel.

【關(guān)鍵詞】中小河流；流量測(cè)驗(yàn)；雷達(dá)波流速儀；應(yīng)用

【Keywords】 small and medium rivers； flow test； radar wave velocity meter； application

【中圖分類號(hào)】P335 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）08-0193-02

1 引言

在河流流量測(cè)試過程中，一般來講，測(cè)試人員多是運(yùn)用轉(zhuǎn)子式的流速儀進(jìn)行河流流速以及水深的測(cè)量，或者采用水面浮標(biāo)測(cè)量法對(duì)高水位的河流流速進(jìn)行測(cè)試，并利用斷面面積將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)化為流量的真實(shí)數(shù)據(jù)。在運(yùn)用上述兩種河流流量測(cè)量方法時(shí)，測(cè)量人員應(yīng)先行修建纜道，蓋房觀測(cè)，牽高、低壓線等，整個(gè)過程下來耗費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，工作量較大，成本投入多，且難以實(shí)現(xiàn)在線觀測(cè)。針對(duì)此種情況，作為水資源發(fā)達(dá)的省份，防洪預(yù)警工作較為艱難。雷達(dá)波流速儀的研發(fā)與應(yīng)用解決了這一問題，雷達(dá)波流速儀是一款新研發(fā)并推廣使用的河道流量測(cè)速儀，作為一款非接觸性儀器，在利用此項(xiàng)儀器測(cè)量河道流量時(shí)，避免了前期的工程建設(shè)，減少了成本投入，實(shí)現(xiàn)了高效、快速的在線觀測(cè)，降低了洪水預(yù)警工作的難度，值得廣泛應(yīng)用。

2 雷達(dá)波流速儀的簡(jiǎn)單概述

因雷達(dá)波流速儀在中小河流流量測(cè)試的便捷、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確性，其在研發(fā)并推出后被廣泛應(yīng)用，現(xiàn)今，國(guó)內(nèi)外運(yùn)用在河流測(cè)試中的雷達(dá)波流速儀主要有以下幾種形式：

第一，固定單、多探頭的雷達(dá)波流速儀。此種模式的流速儀主要適用于斷面基本穩(wěn)定、具有較好的水位流量或者斷面上游有橋存在的測(cè)站。此種流速儀是由單個(gè)或者多個(gè)雷達(dá)波測(cè)流的探頭連接組成，探頭由電纜連接，布設(shè)在測(cè)驗(yàn)河道的斷面點(diǎn)位上，在此種流速儀上，一般具備著太陽能電池、數(shù)據(jù)信號(hào)處理器、防雷設(shè)備等[1]。在測(cè)得河道水面流速后，所得數(shù)據(jù)可直接通過有線或者無線形式傳輸至測(cè)站，測(cè)站可直接利用專門的計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算斷面流量。

第二，移動(dòng)式雷達(dá)波流速儀。移動(dòng)式流速儀適用于建設(shè)纜道的河面測(cè)量，利用纜道設(shè)備，流速儀可直接通過非接觸的形式測(cè)量纜道每條垂線下的河道水面流速，并通過有線或者無線的形式將測(cè)得數(shù)據(jù)傳輸回測(cè)站。測(cè)站可直接根據(jù)斷面與水位的資料，通過專門的測(cè)流軟件來計(jì)算中小河流的水流量。

第三，無線遙控雷達(dá)波流速儀。當(dāng)河道的測(cè)流斷面變化較大，且河道上方未設(shè)置專業(yè)水文纜道，而斷面上游又無橋梁時(shí)，可使用無線遙控雷達(dá)波流速儀進(jìn)行河道流量測(cè)量。此種測(cè)量河道流量的方式主要是將流速儀固定懸掛在相配套的直徑4.2mm的鋼絲繩纜道上，利用流速儀本身具備的無線遙控、配套定位等，測(cè)量人員可直接運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，在非接觸的情況下進(jìn)行測(cè)量，并運(yùn)用專門的測(cè)流軟件進(jìn)行河道水面流速測(cè)量、斷面流速測(cè)量[4]。

3 雷達(dá)波流速儀與傳統(tǒng)測(cè)流相比的優(yōu)缺點(diǎn)

第一，雷達(dá)波流速儀的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)置測(cè)流站點(diǎn)時(shí)，新型流速儀不需要供電、蓋房等測(cè)量前期的建設(shè)，投資成本相對(duì)較小，且此種流速儀是非接觸測(cè)量的形式，為測(cè)量河道流速的工作人員提供優(yōu)越的工作環(huán)境，無需再水中即可操作；運(yùn)用雷達(dá)波流速儀對(duì)中小型河道進(jìn)行測(cè)量，能夠?qū)拥浪媪魉龠M(jìn)行自動(dòng)采集、存儲(chǔ)甚至能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)及時(shí)傳輸進(jìn)入測(cè)站中并自行生成斷面、水面流量，實(shí)現(xiàn)了在線測(cè)流，增強(qiáng)了防洪的預(yù)警性。除以上優(yōu)點(diǎn)外，新型流速儀能夠每秒采集4組測(cè)點(diǎn)水面流速信號(hào)[5]，若測(cè)量人員在河道測(cè)量時(shí)將測(cè)速時(shí)間定為20s，則其能夠得到80組水面流速符號(hào)，將80組符號(hào)傳入測(cè)站，計(jì)算機(jī)內(nèi)部專門的測(cè)流軟件能夠自動(dòng)去除10%的最大與最小數(shù)據(jù)[3]，將其余數(shù)據(jù)進(jìn)行平分，消除測(cè)量時(shí)波浪起伏帶來的不良影響，提高測(cè)量的精度；相較傳統(tǒng)測(cè)流來講，雷達(dá)波流速儀本身體型嬌小，攜帶便利，對(duì)能源的消耗較少，運(yùn)用太陽能電池可使用5年，且對(duì)河道測(cè)速的范圍更寬，平均在0.2m/s～18m/s之間[3]。

第二，雷達(dá)波流速儀的缺點(diǎn)。雷達(dá)波流速儀測(cè)得的數(shù)據(jù)是水面流速，想要對(duì)河流流量進(jìn)行全面了解，則需要進(jìn)行比測(cè)實(shí)驗(yàn)，以確定河流流速與斷面平均流速間的關(guān)系。另外，流速儀測(cè)得的水面流速與實(shí)際水深沒有聯(lián)系，斷面資料也僅是參考，因此，為保證參考資料的準(zhǔn)確度，必須增加斷面的測(cè)量次數(shù)。

4 影響雷達(dá)波流速儀測(cè)量中小河流流量的因素

第一，風(fēng)速對(duì)流速儀測(cè)試結(jié)果的影響。在測(cè)試中小河流河面的水流量時(shí)，因雷達(dá)波流速儀測(cè)試的是水面流速，所測(cè)量的數(shù)據(jù)與風(fēng)速間存在一定關(guān)系，當(dāng)流速儀與水面波紋呈現(xiàn)出順風(fēng)趨勢(shì)時(shí)，則測(cè)得水面流速將會(huì)偏大，反之偏小，尤其是中小河道的水流速度本身偏小，且測(cè)量時(shí)風(fēng)速較大，受風(fēng)速影響，測(cè)得的數(shù)據(jù)存在較大偏差。為避免風(fēng)速對(duì)河道流速測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生影響，測(cè)試人員可引入浮標(biāo)測(cè)試法，同時(shí)間測(cè)試風(fēng)速風(fēng)向，減小河道流量測(cè)試的誤差。endprint

第二，測(cè)試角度對(duì)流速儀測(cè)試結(jié)果的影響。在雷達(dá)波對(duì)河道的水面流速進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)試角度的不同得到的測(cè)試結(jié)果也不盡相同，尤其在中雨至暴雨的天氣，測(cè)試角度越小，雷達(dá)波與河面接觸面越大，則得到的數(shù)據(jù)越精確。雖然，多數(shù)雷達(dá)測(cè)速傳感器能夠自動(dòng)將模式轉(zhuǎn)換為降雨模式對(duì)河道進(jìn)行測(cè)量，然而，在雷達(dá)波對(duì)流速較快的河道進(jìn)行測(cè)流時(shí)，測(cè)試人員應(yīng)將測(cè)試俯角調(diào)至最小的60°，若河道的河水流速正常，則將雷達(dá)波測(cè)流速儀器的探頭俯角40°～45°即可，若河面流速較低，則應(yīng)增加雷達(dá)波與水面的接觸面積，將俯角調(diào)至30°[2]。

第三，雷達(dá)波儀器高度對(duì)河道測(cè)量結(jié)果的影響。在雷達(dá)波流速儀對(duì)中小型河道的流速進(jìn)行測(cè)量時(shí)，由于雷達(dá)波的發(fā)射功率以及配備的電池功率影響，雷達(dá)波儀器與河道距離越近，則收到的回波越強(qiáng)烈，相反，當(dāng)流速儀與河面相距越遠(yuǎn)時(shí)，雷達(dá)波回波信號(hào)越弱。在正常的河道測(cè)量中，流速儀與河面的距離不應(yīng)超過30m，而對(duì)流速較低的河道測(cè)量時(shí)，儀器與河面間的距離越近越好。

第四，測(cè)流歷時(shí)對(duì)河道測(cè)量結(jié)果的影響。因雷達(dá)波測(cè)得的數(shù)據(jù)是河道的表面流速，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與參考河流截面的精度，雷達(dá)波應(yīng)對(duì)河道進(jìn)行多次測(cè)量，并減去10%左右的最大與最小數(shù)字，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在河流流速測(cè)量中，河流流速越大，每秒獲得的數(shù)據(jù)越多，相反則獲得數(shù)據(jù)較少。因此，在河道流速較高時(shí)，測(cè)量人員可相應(yīng)縮短測(cè)試時(shí)間，而低流速時(shí)，測(cè)流時(shí)間應(yīng)加長(zhǎng)，大于60s為佳。

5 結(jié)語

在水資源含量較多且降水量豐富的地區(qū)，多雨時(shí)節(jié)，增強(qiáng)河道流速的檢測(cè)，避免洪水噴發(fā)，是保障當(dāng)?shù)鼐用袢松碡?cái)產(chǎn)安全的重要事項(xiàng)。雷達(dá)波流速儀的研發(fā)與應(yīng)用增強(qiáng)了河道流速測(cè)試的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)，減少了外在因素對(duì)測(cè)速的影響，傳統(tǒng)的水文纜道使用轉(zhuǎn)子式流速儀時(shí)，大風(fēng)浪使儀器難以入水、漂浮物遮蓋測(cè)量?jī)x器等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，為山洪預(yù)警增大了風(fēng)險(xiǎn)，新型的雷達(dá)波測(cè)量在不與水面接觸的情況下，即可進(jìn)行河道流速測(cè)量，安全可靠、投資少、經(jīng)濟(jì)適用，為防汛提供了可靠真實(shí)的依據(jù)，目前，雷達(dá)波流速儀已經(jīng)成為中小河流流量測(cè)速的主要儀器。

【參考文獻(xiàn)】

【1】秦福清.雷達(dá)波流速儀在中小河流流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用分析[J].水利信息化，2012（4）：42-48.

【2】張琦.雷達(dá)波流速儀在中小河流流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用分析[J].黑龍江科學(xué)，2017，8（2）：47-48.endprint