淺談手持電波流速儀在測流中的應(yīng)用分析

【摘要】本文以斯德克電波流速儀（Stalker Ⅱ SVR）為例，對(duì)手持電波流速儀測流的工作原理進(jìn)行了分析，總結(jié)了當(dāng)前手持電波流速在使用過程中遇到的一些技術(shù)問題，并對(duì)手持電波流速儀測量水面流速中的應(yīng)用方法與流程展開了簡要分析。

【關(guān)鍵詞】手持電波流速儀；多普勒頻移；水面流速；測流精度；流量測驗(yàn)

引言：

手持電波流速儀測流廣泛用于野外巡測和洪水、潰壩、決口、泥石流等應(yīng)急測量，可以用來代替均勻浮標(biāo)法測流，尤其適用于汛期搶測洪峰。目前部分河流的流量測驗(yàn)，通常采用常規(guī)的轉(zhuǎn)子式流速儀、浮標(biāo)法測得流速。在防汛工作中要求最短的時(shí)間內(nèi)能夠測得準(zhǔn)、報(bào)得出，實(shí)現(xiàn)水文流量的快速實(shí)時(shí)監(jiān)測，雷達(dá)波測流逐漸已被水文行業(yè)所認(rèn)可。

一、手持電波流速儀的特性

手持電波流速儀是專用于測量水面流速的儀器，由于測速時(shí)不受水面漂浮物、水質(zhì)、水流狀態(tài)的影響，而且流速愈大，漂浮物愈多流速愈快，反射波將愈強(qiáng)，有利于電波流速儀工作，所以用它來代替浮標(biāo)測流是最合適的，應(yīng)用于水文流量測驗(yàn)中具有快速性、經(jīng)濟(jì)性等諸多優(yōu)點(diǎn)。電波流速儀的測量原理源于多普勒效應(yīng)（多普勒頻移），利用儀器與被測物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒頻移進(jìn)行測量，即由當(dāng)移動(dòng)物體以恒定的速率沿某一方向移動(dòng)時(shí)，由于傳播路程差的原因，會(huì)造成相位和頻率的變化，通常將這種變化稱為多普勒頻移。

測量時(shí)，發(fā)出電波遇到水面的波浪反射面時(shí)，發(fā)射的電波只有其中的一小部分原路返回到雷達(dá)頭，90%以上的電波被反射。水中漂浮物越多，反射的信號(hào)就越大，由于信號(hào)強(qiáng)，不容易受外界干擾，所以測得準(zhǔn)。雷達(dá)波的發(fā)射功率越大，測得越遠(yuǎn)。由于波浪只反射很小的一部分電波，而且水流速度越慢，返回信號(hào)就越少；越容易受到外界干擾，所以測量的結(jié)果易受外界影響。電波流速儀測流原理是利用儀器與被測物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生多普勒頻移進(jìn)行測量。

二、手持電波流速儀在水文流量測驗(yàn)中的使用

1 測流前先設(shè)置參數(shù)

（1）設(shè)置流速方向：流入、流出、自動(dòng)識(shí)別，停止3秒鐘后設(shè)置自動(dòng)生效。水流迎面流來為流入，水流迎面流走為流出，自動(dòng)為儀器自動(dòng)識(shí)別水流方向，一般迎水側(cè)流為首選方式。

（2）靈敏度的設(shè)置從高到低分為四檔：1、2、3、4。正常情況使用時(shí)設(shè)置為最高靈敏度4。

（3）垂直角無須設(shè)置，可以通過ANGLE鍵查看。

（4）背景光打開與關(guān)閉可以通過LIGHT完成。

（5）降雨參數(shù)設(shè)置，由RAIN鍵完成。強(qiáng)降雨時(shí)，如果測不到流速數(shù)據(jù)，可以降低該值，最低為64。如果儀器顯示的是降雨速度（5m/s以上），則增加該值。每次開始測量后該參數(shù)恢復(fù)為缺省值116。

2 測流時(shí)每次在岸邊都選在同一個(gè)位置進(jìn)行測流，測出的流量成果可以對(duì)比分析。由一系列的測流成果，可以繪制出水位流量關(guān)系線，與用流速儀測出的水位流量關(guān)系線對(duì)比分析。

3 在測量過程中，一般歷時(shí)10s以上，數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定，可以扣動(dòng)扳機(jī)結(jié)束測量。

4 可以人工抄錄每次的測量數(shù)據(jù)，也可以一次測流過程完成以后，按“RECALL”鍵從內(nèi)存中調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行抄錄。

5 全部測量完成后，一定要卸下電池手柄，放回手提箱。

三、手持電波流速儀存在的技術(shù)問題

手持電波流速儀在使用過程中不能抖動(dòng)，不然會(huì)影響精度，如果水不動(dòng)，儀器動(dòng)，一樣有流速顯示出來。手持電波流速儀測量時(shí)，盡量使儀器不動(dòng)，有條件的話，使用三角架進(jìn)行測量。順風(fēng)與逆風(fēng)對(duì)水面的流速影響是較大的，順風(fēng)會(huì)加大表面流速，逆風(fēng)會(huì)減小表面流速，特別對(duì)低流速很明顯，這是該儀器固有的缺點(diǎn)，但對(duì)高流速幾乎沒有影響。

1 電磁干擾影響。儀器附近有電動(dòng)機(jī)、電磁設(shè)備、高壓線、變電站、功率設(shè)備等對(duì)儀器有影響。

2 無線電干擾影響。雷達(dá)、發(fā)射天線、對(duì)講機(jī)、微波發(fā)射臺(tái)等。

3 環(huán)境影響。對(duì)南方來說下雨、下雪對(duì)儀器有影響。

4 儀器參數(shù)調(diào)整影響。如流向調(diào)整、靈敏度調(diào)整、下雨調(diào)整。

5 角度影響。（余弦效應(yīng)）流向與儀器有夾角，對(duì)流速測量有影響。

6 來自空中干擾問題。如車輛、行人、飛鳥、飛蟲、飄動(dòng)的樹葉等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)速度突然變大，可能是測到了遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)物體，應(yīng)重新啟動(dòng)測量。

四、如何提高手持電波流速儀測流精度

手持電波流速儀標(biāo)準(zhǔn)微波發(fā)射功率為50mw，距水面最大有效射程達(dá)到100m，測流時(shí)計(jì)時(shí)分辨率為0.1秒，符合《河道流量測驗(yàn)規(guī)范》要求。流速的測量精度達(dá)到厘米級(jí)，且可以在強(qiáng)降雨環(huán)境中使用。斯德克手持電波流速儀雷達(dá)波錐度角為12度。距水面10 米時(shí)波束覆蓋范圍約為直徑兩米的區(qū)域，顯示該面積內(nèi)平均流速。測量距離越遠(yuǎn)，波束越寬，得到的流速不一定是中心真值，因?yàn)閮x器顯示是按接收的信號(hào)強(qiáng)度最大來解算的。這說明與雷達(dá)儀器波束角有關(guān)，角度越小，精度越高。

提高手持電波流速儀測流精度，應(yīng)注意以下要求：

1 手持電波流速儀有自動(dòng)設(shè)置，不用設(shè)置。纜道型要調(diào)整好角度。

2 加密垂線測量密度，使斷面面積更加準(zhǔn)確。

3 雷達(dá)測流設(shè)備要固定好，大風(fēng)中不搖擺。

4 調(diào)整好合適的靈敏度。觀察瞬時(shí)流速脈動(dòng)情況，如跳動(dòng)很大，說明周圍有干擾，應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源。

5 當(dāng)水流很慢，水表面很平穩(wěn)，電波流速儀是無法測流的。水面過于平靜導(dǎo)致回波微弱測不到流速。此時(shí)，應(yīng)盡量接近水面。低流速也影響測程，流速大于 1 米/秒時(shí)測程可達(dá)50 米。

6 水面波浪和漂浮物有利于測量，不僅容易得到穩(wěn)定的流速數(shù)據(jù)，測程也更大。根據(jù)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，最大測程可達(dá)100 米。

7 下雨時(shí)，可調(diào)整“RAIN”降雨參數(shù)。強(qiáng)降雨時(shí)若測不到流速數(shù)據(jù)，可降低該值，最低為64。若顯示降雨速度（通常在5m/s 以上）則增加該值。

8 正確設(shè)置好水平角，減少測量誤差。

四、結(jié)語

本文對(duì)手持電波流速儀測流作了客觀的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，為了減少測量誤差提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，需要注意手持電波流速儀存在的技術(shù)問題，以及在實(shí)際測量中的使用條件與使用范圍。為更好地使用手持電波流速儀測流就得多交流、多總結(jié)，才能提高使用儀器的水平，充分發(fā)揮其在防汛抗旱工作、水資源的合理開發(fā)利用和水環(huán)境保護(hù)等中的重要作用。

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