雷達(dá)波測流儀在新寨水文站的流量監(jiān)測應(yīng)用

【摘要】隨著多普勒雷達(dá)測速技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，S3-SVR型無線遙控雷達(dá)波數(shù)字化測流系統(tǒng)的研發(fā)推出及不斷完善，在水文行業(yè)得到認(rèn)可，在水文流量測驗(yàn)工作中提供了便利。通過介紹S3-SVR雷達(dá)測流儀的工作原理和主要測驗(yàn)設(shè)備技術(shù)指標(biāo)，以及對(duì)新寨水文站進(jìn)行無線雷達(dá)波測流系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)比測分析，總結(jié)分析該儀器在青海三江源地區(qū)水文監(jiān)測工作應(yīng)用中積累的一些經(jīng)驗(yàn)，分析結(jié)果表明，雷達(dá)流速儀性能比較穩(wěn)定，測驗(yàn)質(zhì)量滿足規(guī)范要求。該儀器的投入使用對(duì)今后高海拔地區(qū)的水文測驗(yàn)改革起到重要作用與意義。

【關(guān)鍵詞】比測分析；雷達(dá)波在線測流；新寨水文站；流量測驗(yàn)

1、雷達(dá)波測流儀器介紹

1.1無線遙控雷達(dá)波測流系統(tǒng)

S3-SVRIII型無線遙控雷達(dá)波數(shù)字化測流系統(tǒng)是一種新型的非接觸式河道流量測驗(yàn)系統(tǒng)、系統(tǒng)采用了雷達(dá)多普勒表面測速、位置姿態(tài)精確控制、指令信息無線數(shù)字傳輸、狀態(tài)檢測及智能決策、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析處理等大量新技術(shù)，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。系統(tǒng)是根據(jù)中小河流水流急、漂浮物多、河水陡漲陡落的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)的流量自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)。通過在測流斷面上架設(shè)簡易纜繩，測流控制器（RTU）控制雷達(dá)波測速行車的走航，完成固定垂線的水面流速測驗(yàn)，根據(jù)實(shí)測水位、借用大斷面資料，完成斷面流量的計(jì)算及傳輸。

1.2測驗(yàn)原理

無線遙控雷達(dá)波測流系統(tǒng)的基本工作原理是計(jì)算機(jī)遙控步進(jìn)電機(jī)精確定位流速儀起點(diǎn)距，通過雷達(dá)波非接觸方式在測驗(yàn)水道斷面上測的若干條垂線的水面平均流速，乘以過水?dāng)嗝婷娣e得到相應(yīng)虛流量，并進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。得到雷達(dá)波測的虛流量。從而實(shí)現(xiàn)流量的在線監(jiān)測。

1.3設(shè)備組成

無線遙控雷達(dá)波數(shù)字化測流系統(tǒng)主要分為三部分： 第一，測試?yán)|道。在河道測試斷面架設(shè)測試儀器和4. 2 mm 的不銹鋼或鍍鋅高低簡易纜道，高纜道主要測試高洪流量，低纜道主要測試日常流量。第二，雷達(dá)波定位測驗(yàn)流速儀。該測試儀器由多普勒雷達(dá)波測速傳感器、步進(jìn)電機(jī)及高性能電腦控制芯片、PLC、無線信號(hào)和鋰電池組成。第三，無線遙控?cái)?shù)字化處理器。主要由電腦、無線遙控及測流軟件等組成。

2、雷達(dá)波比測實(shí)驗(yàn)

2.1比測試驗(yàn)成果及系數(shù)分析

新寨站位于青海省玉樹縣結(jié)古鎮(zhèn)，海拔約3660 m。是長江流域金沙江上段巴塘河基本控制站，在2017年，7月底雷達(dá)波在線測流在新寨水文站安裝運(yùn)行，并投入使用。在投入初期到運(yùn)行到一定時(shí)間內(nèi)，對(duì)新寨水文站進(jìn)行比測。取得樣本數(shù)44個(gè)。由于新寨水文站斷面控制穩(wěn)定，各個(gè)水力因素變化不大。則選用了查線流量為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比測分析。各站所選取的比測數(shù)據(jù)如表1：

從表1的比測試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)中得出，新寨水文站比測期間，實(shí)測流量范圍為：17.8m3/s～75.5 m3/s用雷達(dá)波測流系統(tǒng)測得流量范圍為：24.7m3/s～92.4 m3/s統(tǒng)計(jì)計(jì)算的流量系數(shù)Kf在0.72-0.82。

選用算術(shù)平均法和相關(guān)法分別確定雷達(dá)波測流系數(shù)，其中采用算術(shù)平均法計(jì)算的流量系數(shù)K=0.76，采用相關(guān)法確定的水面系數(shù)K=0.76，相關(guān)公式為 y=0.7656x，R2=0.9913 ，為顯著相關(guān)。

2.2比測誤差分析及相關(guān)檢驗(yàn)

新寨站系數(shù)選定0.76進(jìn)行系統(tǒng)誤差和標(biāo)準(zhǔn)差檢驗(yàn)，結(jié)果表明：系統(tǒng)誤差為-0.1%，標(biāo)準(zhǔn)差Se=2.3%，隨機(jī)不確定度為4.6%，參照水位-流量關(guān)系定線精度指標(biāo)，該相關(guān)性的定線精度符合測站精度要求。同時(shí)符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)及偏離數(shù)值檢驗(yàn)合格，均符合《水文資料整編規(guī)范》SL247-2012的要求。

3、結(jié)果與討論

（1）雷達(dá)波流速儀測流時(shí)，雷達(dá)探頭的俯角與水面接觸面大小對(duì)測速產(chǎn)生影響。在測流角度上，應(yīng)調(diào)整到一個(gè)最佳角度，減少偏角對(duì)測速影響。并多次測量，取其平均值。

（2）雷達(dá)波流速儀測得的水面流速，受到逆風(fēng)或順風(fēng)影響，所測得流量都有很大誤差。所以，測流時(shí)應(yīng)盡量避開大風(fēng)天氣。減少風(fēng)力因素對(duì)測流數(shù)據(jù)的影響。

（3） 由于各站水流條件和測站控制條件不同，各站雷達(dá)波流速儀水面系數(shù)也有不同，例如：曲瑪河站確定的系數(shù)為0. 87，而新寨站確定的系數(shù)為0. 76。故建議應(yīng)當(dāng)及時(shí)在其他水位級(jí)進(jìn)行加測，以便及時(shí)補(bǔ)充資料，并進(jìn)行流量系數(shù)的修訂完善。

4、結(jié)語

雷達(dá)波測流精度滿足中小河流水文監(jiān)測要求。進(jìn)一步改進(jìn)完善儀器可提高精度，只要水面流速系數(shù)和斷面選用得當(dāng)，就可達(dá)到流速儀水面一點(diǎn)法的精度。測驗(yàn)時(shí)，雷達(dá)測速儀在專用纜道水平方向上運(yùn)行速度快、測速時(shí)間短，特別是在一些特殊情況下，如洪水暴漲暴落、水流揣急時(shí)，該法具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。

雷達(dá)測流儀最大特點(diǎn)是非接觸式水體測速，可以有效補(bǔ)充洪水期漂浮物多時(shí)的流量測驗(yàn)。雷達(dá)法測流自動(dòng)化程度高。在專用簡易纜道架設(shè)好的情況下，一人即可完成流量測驗(yàn)。浮標(biāo)法至少需要3人配合才能完成流量測驗(yàn)，在人員投人上優(yōu)于浮標(biāo)法。雷達(dá)測流儀體積小、質(zhì)量輕，儀器與纜道可以分離，便于攜帶、安裝方便。

該儀器在三江源水文監(jiān)測項(xiàng)目的應(yīng)用，在實(shí)際測量中取得了較好效果，為其推廣應(yīng)用取得了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，雷達(dá)波測流系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為高海拔地區(qū)開展水文巡測提供了技術(shù)支撐，拓展了該儀器的應(yīng)用范圍，為今后推廣應(yīng)用該儀器提供了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦福清.雷達(dá)波流速儀在中小河流流量測驗(yàn)中的應(yīng)用分析[J].水利信息化，2012，8（4） ： 42 - 48.

[2]王文華. 雷達(dá)波測流儀比測分析[J]. 人民黃河， 2016， 38 （6） ： 6 – 9

[3]中華人民共和國水利部. SL247-2012 ，水文資料整編規(guī)范[S]

[4]中華人民共和國水利部. GB50179-93 ，河流流量測驗(yàn)規(guī)范[S]

作者簡介：魯佳泰，男，助理工程師，主要從事水文勘測，水文分析計(jì)算。