雷達波流速儀在中小河流流量測驗中的應用分析

張 琦

(吉林省水文水資源局延邊分局，吉林 延吉 133000)

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雷達波流速儀在中小河流流量測驗中的應用分析

張 琦

(吉林省水文水資源局延邊分局，吉林 延吉 133000)

在對中小河流流量進行測試時，一般采用轉(zhuǎn)子式流速儀和浮標法測流，但當遇到洪水或河流中有漂浮物時，就不能使用上述方法，需要使用雷達波流速儀。筆者主要對雷達波流速儀測中小河流流量的基本原理、優(yōu)缺點及影響因素進行分析。

雷達波流速儀；中小河流流量；流量測試

吉林省在對河流流量進行測試時，一般采用轉(zhuǎn)子流速儀測試河流的流速和水深，采用水面浮標法對高水位的流速進行測試，再借用斷面面積轉(zhuǎn)化成流量。利用上述兩種方法進行河流流量測試時，往往需要修建纜道，蓋房觀測，牽高、低壓電，整個過程人工完成，工作量較大，投資也較大，無法實現(xiàn)在線觀測。吉林省是水資源比較發(fā)達的省份，做好洪水預警工作非常重要。近年來，隨著水利工程的不斷發(fā)展，洪水預警工作量增加了1倍以上，但是工作人員的數(shù)量卻沒有增加，因此需要加強中小河流的水文測試，對流量的變化進行及時有效的觀測，做好防汛工作，提前做出警報，這樣才能保護人民的財產(chǎn)安全，減少社會經(jīng)濟損失。應改進中小河流的流量測試手段，實現(xiàn)用時短、用人少的在線觀測，而雷達波流速儀能夠滿足這些要求，值得廣泛應用。

1 雷達波流速儀概述

1.1 無線遙控雷達波數(shù)字化測流系統(tǒng)

雷達波流速儀在進行中小河流流量測試時，主要應用無線遙控雷達波數(shù)字化測試系統(tǒng)，按照水利行業(yè)標準 GB50179-93《河道流量測驗規(guī)范》進行設計。在具體的河流流量測試過程中，使用無線遙控雷達波數(shù)字化測流系統(tǒng)，將雷達波流速儀固定在直徑4.2 mm的簡易鋼絲繩纜道上，利用無線遙控、配套系統(tǒng)及測流軟件進行流速測試，整個過程通過電腦實現(xiàn)遠程操作，并進行睡眠流速、斷面流量的測試。

1.1.2 設備組成

無線遙控雷達波數(shù)字化測流系統(tǒng)主要分為三部分：第一，測試纜道。在河道測試斷面架設測試儀器和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，雷達波定位測驗流速儀。該測試儀器由多普勒雷達波測速傳感器、步進電機及高性能電腦控制芯片、PLC、無線信號和鋰電池組成。第三，無線遙控數(shù)字化處理器。主要由電腦、無線遙控及測流軟件等組成。

1.1.3 基本特點

無線遙控雷達波數(shù)字化測流系統(tǒng)主要是對比較大的洪水流量進行測試，即使是高流速、有水浪及漂浮物的情況下，也可進行流量測試。在測試過程中，主要表現(xiàn)為以下特點：第一，安全可靠。該系統(tǒng)采用非接觸式的方式進行測試，整個過程十分安全。雷達測試儀也比較輕便、小巧，一個工作人員就能操作，安裝結(jié)束后短時間內(nèi)就能獲得測試數(shù)據(jù)。雷達波流速儀方便攜帶，不需要現(xiàn)場接線就能安裝，可實現(xiàn)簡便、經(jīng)濟的測速，能對結(jié)果進行數(shù)字化處理。第二，測試精度高。雷達波測速儀的工作速度是60 m/min，如果垂直水面的流速是1 m/s，那么采集流速的速度是4次/s。如果測試過程中的斷面不發(fā)生變化，水面流速的測試重復率不會超過0.03 m/s，100 m的河面可以在幾分鐘內(nèi)完成測速，因此該設備可應用于洪水發(fā)生時的流速測試。該設備內(nèi)部可以自動進行降雨模式檢測，以鋰電池作為電源，在遇到暴雨天氣時，可以連續(xù)工作5 h以上。整個設備的數(shù)據(jù)采集過程都是自動化完成，測驗后就可直接計算流量，自動化程度很高，通過計算機對水位、斷面情況進行處理，并將采集的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫中，不需要再進行人工處理。

1.2 纜道雷達波測流設備

纜道雷達波測流設備是使用多普勒雷達測速傳感器，采用非接觸的方式對水面流速進行測試，可以對每條垂線水面流速進行測試，并使用配套測流軟件，直接反映斷面的流量。該設備可以取代浮標法測流速，能夠進行常規(guī)、高速、低速的測流，尤其是高速且存在大量懸浮物的時候，能夠?qū)崿F(xiàn)快速準確的測試。該設備中的蓄電池能夠?qū)崿F(xiàn)免維護運行，但是在使用過程中，需要有配套帶拉偏索的絞車纜道。

1.3 手持雷測速儀

通過梳理現(xiàn)有的主要研究文獻可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)文獻的研究都限于探討金融發(fā)展對經(jīng)濟增長的影響，或是針對金融發(fā)展、人力資本及經(jīng)濟增長三者之間的線性關系研究，而將人力資本作為金融發(fā)展影響經(jīng)濟增長的門檻因素的文獻確實鳳毛麟角。因此，本文利用Hasen(1999)提出的非線性回歸技術(shù)——門檻回歸模型，以西部12個省(區(qū)市)為研究對象，采用2003—2016年的省級面板數(shù)據(jù)，將人力資本作為門檻變量，建立面板門檻回歸模型，研究西部地區(qū)人力資本在金融發(fā)展影響經(jīng)濟增長中的中介作用。

目前，手持雷測速儀采用流速儀種類較多，比如電波流速儀、手持雷達槍等，在使用過程回波較強，能夠自動形成降雨模式，主要用于橋測、有吊箱的纜道及斷面河道測量。在測量過程中，手不能抖，要把握好測試的角度。

1.4 雷達波流速儀

1.4.1 優(yōu)點

雷達波流速儀在中小河流流速測試中，突出表現(xiàn)為以下四個優(yōu)點：

第一，流速測試過程中，流速越快，測量結(jié)果越準確。因為多普勒雷達波測速傳感器是根據(jù)河流特點來進行測試的，在100 m內(nèi)會測試4次流速，且有自動降雨功能。第二，測試過程中，雷達波測試儀距離河流越近，捕捉的信號就越強，回波的信號就越好。一般在2 m的距離上能夠測定0.2 m/s的流速。第三，雷達波測速儀俯角越大，與水面之間的接觸面就越小，回波信號就越弱。而俯角較小，水面接觸面大，回波的信號就越強。第四，雷達波在測試過程中，流速越大，測得的數(shù)據(jù)越多，測得的數(shù)據(jù)就越準確。

1.4.2 缺點

第一，需要進行比測。由于雷達波測速儀是對中小河流的水面進行流速測試，因此需要進行比測實驗，這樣才能準確把握河流流速和斷面平均流速之間的關系。第二，需要增加斷面測試次數(shù)。雷達波測速儀主要是對水面流速進行測試，沒有進行水深測試，斷面資料一般是借用的，因此必須增加斷面的測試次數(shù)。

2 影響雷達波流速儀測量中小河流流量的因素

2.1 風速的影響

雷達波在測試中小河流的水面流量時，測試結(jié)果與風速之間存在著一定的關系，順風會使測試的結(jié)果偏大，而逆風會使測試結(jié)果偏小。當流速較大時，風速對河流水面流速的影響較小，流速較小時，風速對河流水面流速的影響較大。為避免風速對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，需要引入浮標測試法，對風力、風向進行測試。

2.2 測試角度的影響

雷達波在進行流量測試時，會受測量角度的影響，尤其是中到暴雨時，會對流速的測試產(chǎn)生較大的影響。雖然在測試過程中使用了多普雷雷達測速傳感器和自動轉(zhuǎn)換降雨模式，但是在具體的測流過程中，還需要將測試俯角調(diào)成最小的60°。對于流速比較低的河面，應增加雷達波和水面的接觸面，將測試俯角調(diào)成30°。

2.3 測流歷時的影響

在測試過程中，流速越大，每秒中測得的數(shù)據(jù)就越多，流速越小，獲得的數(shù)據(jù)就越少。因此，在高流速時可以適當縮短測試時間，而低流速時，就需要增加測試的時間。

2.4 儀器高度的影響

雷達波測速儀在進行中小河流流量測試的過程中，由于受到電池功率和發(fā)射功率的影響，測試距離越近，回波的信號就越強，而測試距離越遠，測試信號就越弱。在正常的測試過程中，流速儀的高度不應超過30 m，在進行低流速測試時，儀器高度越低越好。

3 結(jié)語

將雷達波測速儀引入到中小河流的流量測試過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)高流速、有懸浮物的測試，測試安全，避免了水草等水生植物對儀器的纏繞，投資少、經(jīng)濟實用，能夠在較短的時間內(nèi)獲得相對準確的數(shù)據(jù)，為防洪決策提供依據(jù)。在未來的發(fā)展過程中，雷達波測速儀在中小河流流量測試中的應用也會越來越廣泛。

[1] 秦福清.雷達波流速儀在中小河流流量測驗中的應用分析[J].水利信息化，2012，(04)：122-123.

[2] 楊志紅，張春林，王漢卿.雷達波流速儀流量測驗水面流速系數(shù)分析研究[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2015，(04)：115-116.

[3] 李瓊，周紹文.非接觸式雷達波實時流量在線系統(tǒng)應用探討[J].湖北三峽職業(yè)技術(shù)學院學報，2014，12(1)：108-109.

Application of radar wave current meter in flow test of small and medium rivers

ZHANG Qi

(Yanbian Branch, Hydrology and Water Resources Bureau of Jilin Province, Yanji 133000, China)

When measuring the flow rate of small and medium rivers, the rotor flowmeter and buoy flow measurement are generally used. However, the above method can not be used when the flood is encountered. It is necessary to use the radar wave current meter. The author mainly analyzes the basic principle, advantages and disadvantages and influencing factors of radar wave current meter on small and medium rivers.

Radar wave current meter; Flow of medium and small river; Flow test

2016-09-16

張琦(1986-)，男，助理工程師。

P335

B

1674-8646(2017)02-0047-02