中小河流流量測驗中雷達波流速儀的應用研究

莊秀華

【摘 要】雷達波流速儀是一款適用于中小河流流量測驗的水文巡測儀器，能夠準確地預警山洪暴發、突發性暴雨洪水等，從而保障人們的人身與財產安全。論文主要對雷達波流速儀這一儀器進行簡單概述，并介紹了雷達波流速儀的優缺點，雷達波應用時的影響因素等，為相應人員提供參考依據。

【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.

【關鍵詞】中小河流；流量測驗；雷達波流速儀；應用

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

【中圖分類號】P335 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0193-02

1 引言

在河流流量測試過程中，一般來講，測試人員多是運用轉子式的流速儀進行河流流速以及水深的測量，或者采用水面浮標測量法對高水位的河流流速進行測試，并利用斷面面積將測量結果轉化為流量的真實數據。在運用上述兩種河流流量測量方法時，測量人員應先行修建纜道，蓋房觀測，牽高、低壓線等，整個過程下來耗費時間較長，工作量較大，成本投入多，且難以實現在線觀測。針對此種情況，作為水資源發達的省份，防洪預警工作較為艱難。雷達波流速儀的研發與應用解決了這一問題，雷達波流速儀是一款新研發并推廣使用的河道流量測速儀，作為一款非接觸性儀器，在利用此項儀器測量河道流量時，避免了前期的工程建設，減少了成本投入，實現了高效、快速的在線觀測，降低了洪水預警工作的難度，值得廣泛應用。

2 雷達波流速儀的簡單概述

因雷達波流速儀在中小河流流量測試的便捷、實時、準確性，其在研發并推出后被廣泛應用，現今，國內外運用在河流測試中的雷達波流速儀主要有以下幾種形式：

第一，固定單、多探頭的雷達波流速儀。此種模式的流速儀主要適用于斷面基本穩定、具有較好的水位流量或者斷面上游有橋存在的測站。此種流速儀是由單個或者多個雷達波測流的探頭連接組成，探頭由電纜連接，布設在測驗河道的斷面點位上，在此種流速儀上，一般具備著太陽能電池、數據信號處理器、防雷設備等[1]。在測得河道水面流速后，所得數據可直接通過有線或者無線形式傳輸至測站，測站可直接利用專門的計算機軟件計算斷面流量。

第二，移動式雷達波流速儀。移動式流速儀適用于建設纜道的河面測量，利用纜道設備，流速儀可直接通過非接觸的形式測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得數據傳輸回測站。測站可直接根據斷面與水位的資料，通過專門的測流軟件來計算中小河流的水流量。

第三，無線遙控雷達波流速儀。當河道的測流斷面變化較大，且河道上方未設置專業水文纜道，而斷面上游又無橋梁時，可使用無線遙控雷達波流速儀進行河道流量測量。此種測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，測量人員可直接運用計算機進行遠程操作，在非接觸的情況下進行測量，并運用專門的測流軟件進行河道水面流速測量、斷面流速測量[4]。

3 雷達波流速儀與傳統測流相比的優缺點

第一，雷達波流速儀的優點。在設置測流站點時，新型流速儀不需要供電、蓋房等測量前期的建設，投資成本相對較小，且此種流速儀是非接觸測量的形式，為測量河道流速的工作人員提供優越的工作環境，無需再水中即可操作；運用雷達波流速儀對中小型河道進行測量，能夠對河道水面流速進行自動采集、存儲甚至能夠將采集的數據及時傳輸進入測站中并自行生成斷面、水面流量，實現了在線測流，增強了防洪的預警性。除以上優點外，新型流速儀能夠每秒采集4組測點水面流速信號[5]，若測量人員在河道測量時將測速時間定為20s，則其能夠得到80組水面流速符號，將80組符號傳入測站，計算機內部專門的測流軟件能夠自動去除10%的最大與最小數據[3]，將其余數據進行平分，消除測量時波浪起伏帶來的不良影響，提高測量的精度；相較傳統測流來講，雷達波流速儀本身體型嬌小，攜帶便利，對能源的消耗較少，運用太陽能電池可使用5年，且對河道測速的范圍更寬，平均在0.2m/s～18m/s之間[3]。

第二，雷達波流速儀的缺點。雷達波流速儀測得的數據是水面流速，想要對河流流量進行全面了解，則需要進行比測實驗，以確定河流流速與斷面平均流速間的關系。另外，流速儀測得的水面流速與實際水深沒有聯系，斷面資料也僅是參考，因此，為保證參考資料的準確度，必須增加斷面的測量次數。

4 影響雷達波流速儀測量中小河流流量的因素

第一，風速對流速儀測試結果的影響。在測試中小河流河面的水流量時，因雷達波流速儀測試的是水面流速，所測量的數據與風速間存在一定關系，當流速儀與水面波紋呈現出順風趨勢時，則測得水面流速將會偏大，反之偏小，尤其是中小河道的水流速度本身偏小，且測量時風速較大，受風速影響，測得的數據存在較大偏差。為避免風速對河道流速測試結果產生影響，測試人員可引入浮標測試法，同時間測試風速風向，減小河道流量測試的誤差。endprint

第二，測試角度對流速儀測試結果的影響。在雷達波對河道的水面流速進行測量時，測試角度的不同得到的測試結果也不盡相同，尤其在中雨至暴雨的天氣，測試角度越小，雷達波與河面接觸面越大，則得到的數據越精確。雖然，多數雷達測速傳感器能夠自動將模式轉換為降雨模式對河道進行測量，然而，在雷達波對流速較快的河道進行測流時，測試人員應將測試俯角調至最小的60°，若河道的河水流速正常，則將雷達波測流速儀器的探頭俯角40°～45°即可，若河面流速較低，則應增加雷達波與水面的接觸面積，將俯角調至30°[2]。

第三，雷達波儀器高度對河道測量結果的影響。在雷達波流速儀對中小型河道的流速進行測量時，由于雷達波的發射功率以及配備的電池功率影響，雷達波儀器與河道距離越近，則收到的回波越強烈，相反，當流速儀與河面相距越遠時，雷達波回波信號越弱。在正常的河道測量中，流速儀與河面的距離不應超過30m，而對流速較低的河道測量時，儀器與河面間的距離越近越好。

第四，測流歷時對河道測量結果的影響。因雷達波測得的數據是河道的表面流速，為保證數據的準確性與參考河流截面的精度，雷達波應對河道進行多次測量，并減去10%左右的最大與最小數字，保證數據的準確性。在河流流速測量中，河流流速越大，每秒獲得的數據越多，相反則獲得數據較少。因此，在河道流速較高時，測量人員可相應縮短測試時間，而低流速時，測流時間應加長，大于60s為佳。

5 結語

在水資源含量較多且降水量豐富的地區，多雨時節，增強河道流速的檢測，避免洪水噴發，是保障當地居民人身財產安全的重要事項。雷達波流速儀的研發與應用增強了河道流速測試的準確性，實現了在線監測，減少了外在因素對測速的影響，傳統的水文纜道使用轉子式流速儀時，大風浪使儀器難以入水、漂浮物遮蓋測量儀器等現象時有發生，為山洪預警增大了風險，新型的雷達波測量在不與水面接觸的情況下，即可進行河道流速測量，安全可靠、投資少、經濟適用，為防汛提供了可靠真實的依據，目前，雷達波流速儀已經成為中小河流流量測速的主要儀器。

【參考文獻】

【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（4）：42-48.

【2】張琦.雷達波流速儀在中小河流流量測驗中的應用分析[J].黑龍江科學，2017，8（2）：47-48.endprint