雷達(dá)波流速儀在我省中小河流流量測驗(yàn)中的應(yīng)用.docx

1、雷達(dá)波流速儀在我省中小河流流量測驗(yàn)中的應(yīng)用龐雷目前,我省河流的流量測驗(yàn),基本上是采用修建過河水文纜道，用轉(zhuǎn)子式流速儀,測得實(shí)測流速和水深再通過流速面積法將流速轉(zhuǎn)換為流量；高水采用水面浮標(biāo)法測得水面流速，再借用斷面面積轉(zhuǎn)換為流址。采用以上方法測流必須征地.進(jìn)行纜道建設(shè)，蓋觀測房，接高、低壓電.且使用人工測流，工作般大，不能實(shí)現(xiàn)在線自動(dòng)測流，投資較大。隨著中小河流的建設(shè)，我省將在156條河流上新建74處水文站.90處水位站，并將開展洪水預(yù)警預(yù)報(bào)工作，工作量增加不止一倍以上,而人員沒有增加。中小河流水文非程項(xiàng)目的建設(shè).主要解決的是為防汛服務(wù)，提前預(yù)警預(yù)報(bào).保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，為政府部門提供防汛決策

2、依據(jù)。隨著科技的迅猛發(fā)展以及中小河流非工程項(xiàng)目建設(shè)的要求，為減少洪水對(duì)國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成的損失，這就要求必須采用先進(jìn)的測驗(yàn)儀器，在皺短的時(shí)間內(nèi)，用最少的人力能夠測得準(zhǔn)、報(bào)得出。雷達(dá)波流速儀的應(yīng)用使得流量:測驗(yàn)可以滿足以上要求。1雷達(dá)波流速儀介紹雷達(dá)波流速儀測流現(xiàn)已寫入河流流量測驗(yàn)規(guī)范c現(xiàn)國際、國內(nèi)應(yīng)用的雷達(dá)波流速儀有以下凡種形式。1.1固定單、多探頭雷達(dá)波流速儀測流系統(tǒng)圖1固定單、多探頭雷達(dá)波流速儀（如圖I）此測流系統(tǒng)適用于斷面基本穩(wěn)定，有較好的水位流量關(guān)系或斷面上游有橋的測站。該測流系統(tǒng)由單個(gè)或多個(gè)雷達(dá)波測流探頭用電纜線相連.布設(shè)在測輸河道斷面-點(diǎn)（能代表斷而平均流速處）或多點(diǎn)，由太陽能

3、電池、RTU（數(shù)據(jù)信號(hào)處理器）、防雷設(shè)備等，通過有線或無線傳輸將測得的水面流速傳到測站和分中心，測站和分中心將提前測得的斷面和水位資料通過專門提供的計(jì)算軟件計(jì)算為斷面流址。1.2移動(dòng)式雷達(dá)波流速儀測流系統(tǒng)（如圖2）此測流系統(tǒng)適用于測站已建有纜道，利用現(xiàn)有纜道設(shè)備，以非接觸方式,測量河流斷面每條垂線水面流速，以有線或無線的方式傳回測站或分中心，根作壽系陜西省水文水資源勘測局總工程師圖2移動(dòng)式雷達(dá)波流速儀據(jù)斷面和水位資料，通過配套測流軟件.計(jì)算出流量。1.3無線遙控雷達(dá)波流速儀測流系統(tǒng)（如圖3）圖3無線遙控雷達(dá)波流速儀圖4手持雷達(dá)波流速儀O3506O此測流系統(tǒng)適用于測流斷面變化較大.又沒有現(xiàn)成的水

4、文纜道.測流斷而上游又沒有橋梁的河流.無線遙控雷達(dá)波流速儀測流系統(tǒng)是將宙達(dá)波流速儀固定懸掛在配套直徑4.2mm的簡易鋼絲繩纜道上，利用無線遙控、配套定位和測流軟件，通過在電腦上遠(yuǎn)程操作.以非接觸方式進(jìn)行測驗(yàn)和計(jì)算水面流速、斷面流1.4手持雷達(dá)波流速儀（如圖4）此測流方式適用于斷面較窄有橋，橋距水面較低的河道。測流方式同上，但此方式實(shí)現(xiàn)不了自動(dòng)在線和遠(yuǎn)傳的功能。2雷達(dá)波流速儀和傳統(tǒng)測流的優(yōu)缺點(diǎn)2.1優(yōu)點(diǎn)2.1.1投資小對(duì)新設(shè)站.不需征地、不需解決供電、蓋房等。2.1.2安全可蘇儀器以非接觸方式進(jìn)行測驗(yàn).無需人員在水中和雨中操作。2.1.3可實(shí)現(xiàn)在線測流可實(shí)現(xiàn)水面流速數(shù)據(jù)的自動(dòng)采渠、存儲(chǔ)和遠(yuǎn)傳.結(jié)

5、合配套軟件、水位、斷面資料自動(dòng)生成斷面流量。2.1.4測得水面流速精度較高舟達(dá)波流速儀每秒可采集4組測點(diǎn)水面流速信號(hào),如設(shè)定該測點(diǎn)測速歷時(shí)為2（k該測點(diǎn)在20s內(nèi)可測得80組流速信號(hào).測流軟件會(huì)fl動(dòng)去除10%的最大、最小數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)進(jìn)行平均.可消除波浪等不利影響,提高測羚精度。2.1.5測速范圍寬測速范偉達(dá)0.2m/s18m/se2.1.6維修方便雷達(dá)波流速儀體積小.攜帶方便.太陽能電池可應(yīng)用5年。2.2缺點(diǎn)2.2.1需進(jìn)行比測由于逐達(dá)波流速儀測得的是水面流速.必須進(jìn)行比測實(shí)驗(yàn)，以確定該河流水面流速與斷面平均流速的關(guān)系。222需增加斷面測量次數(shù)由于雷達(dá)波流速儀測得的是水面流速，沒有實(shí)測水深

6、,斷面資料是借用.因此，為了保證資料精度，必須增加斷面測M：次數(shù)。3雷達(dá)波流速儀在我省升仙村站的比測分析3.1升仙村水文站基本情況升仙村水文站控制流域面積2143km：.距河口距離24km.是清水河上的控制站。該站測我斷面河寬176m.中泓位置大致在60m80m,河道斷面基本穩(wěn)定。序號(hào)觀測時(shí)間雷達(dá)流量計(jì)實(shí)測虛流lt(m'/s)過壩流量(mVa)雷達(dá)流量計(jì)實(shí)測流絕對(duì)誤差同砂相對(duì)誤差(%)誤差排序(%)案計(jì)頻率(%)誤差絕對(duì)值排序(%)月日時(shí)分1721798.380.376.73.6-4.52-10.32.10.1622099.977.877.9-0.10.16-6.754.30.4732

7、390.572.970.62.3-3.17-6.46.40.5243292.672.972.20.7-0.92-5.088.50.635588.770.569.21.3-1.86-4.8610.60.6868)681401319.0-6.40-4.8112.80.7678.38190140148-8.25.86-4.5214.90.818111591331249.0-6.75-4.417.00.9291411695.190.54.6-4.86-4.3419.10.93101783.765.765.30.4-0.63-3.5921.31.281122343258268-9.53.70-3.172

8、3.41.311222.4351254274-19.87.79-3.125.51.481340.3361270282-11.64.29-2.427.71.58142103081780313.6-1.66-2.0529.81.66152.3102981880315.4-1.88-1.8831.91.78163.1297478476024.3-3.10-1.8634.01.861787355765732.7-0.47-1.6636.21.88188.44728559568-8.81.58-1.313831.91912394287307-20.37.08-0.9240.41.982014370278

9、289-10.63.81-0.8142.62.052119.3394291307-16.35.61-0.6344.72.42258248191193-2.41.28-0.4746.82.4723141441181125.7-4.810.1648.93.12419.3149107116-9.28.620.5251.13884.2-6.48.280.6853.23.5926882.363.664.2-0.60.930.7655.33.7272011490.188.91.2-1.310.9357.43.812«7810782.983.5-0.60.681.2859

10、.64.1529207051.254.6-3.46.641.4861.74.29308877.463.660.43.2-5.081.5863.84.343110.3134102105-2.52.471.7866.04.43214250194195-1.00.521.968.14.52331734530026930.9-10.301.9870.24.83418948710739-29.44.152.4772.34.813519.31198917934-17.41.903.774.54.8636201167897910-13.31.483.8176.65.083782292373572015.1-

11、2.054.1578.75.61389080765862928.5-4344.2980.95.8639272257756313.8-2.404.883.06.4404602466470-3.60.765.6185.16.64419894876773927.6-3.595.8687.26.7542148056336285.1-0.816.6489.47.084320.3833620650-29.74.807.0891.57.794410274460758026.7-4.407.7993.68.28458404309315-6.11.988.2895.78.624611428328334-5.8L

12、788.6297.910.3表1雷達(dá)波流速儀與實(shí)測流誤差分析計(jì)算衰水文圖5雷達(dá)波流計(jì)實(shí)測虛流與過壩流量相關(guān)圖O37738。：該站在原斷面建有流量測驗(yàn)纜道一套，為1980年修建電動(dòng)纜道，流址測臆采用過壩（渭惠渠大壩）流雖與壩上水位率定的水位流髭關(guān)系推算。2011年，升仙村水文站進(jìn)行測驗(yàn)設(shè)施改造，引進(jìn)了先進(jìn)的雷達(dá)水位計(jì)和雷達(dá)流最計(jì),根據(jù)測站所處的地理位置、地質(zhì)情況，以及河道特性、水流條件、水位變幅、岸坡形式等，選擇在主索行車架上建設(shè)安裝測流支架，配備高頻雷達(dá)流量:計(jì)測流系統(tǒng).并固定起點(diǎn)距60m處進(jìn)行測流。3.2升仙村站雷達(dá)波流速儀對(duì)比分析2012年7月2日9日升仙村水文站連續(xù)出現(xiàn)兩次洪水過程，第一

13、次為2日5日，最大流址為817n?/s;第二次為7日10日，該站出現(xiàn)了最大流量917mV/s的洪水過程。開展了雷達(dá)流量計(jì)測流與過壩流量的對(duì)比觀測，每3分鐘取得一個(gè)流速數(shù)據(jù)，每6分鐘計(jì)算一次流蜜.共計(jì)46次對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。3.3流量系數(shù)的確定按照表】中的數(shù)據(jù)，將雷達(dá)流最計(jì)實(shí)測虛流量與對(duì)應(yīng)的過壩流量進(jìn)行相關(guān)分析計(jì)算，相關(guān)關(guān)系見圖5。經(jīng)計(jì)算其相關(guān)系數(shù)為0.9975,回歸方程為：QZQ.式中:Q項(xiàng)為過壩流S（m5/8）;Q*為雷達(dá)流量計(jì)實(shí)測虛流量（mVs）oK為流最系數(shù)，固定一點(diǎn)法時(shí)為表面流代表流速與斷面平均流速換算系數(shù)。經(jīng)過相關(guān)計(jì)算，確定固定位置表面流代表流速與斷面平均流速換算系數(shù)K=0.782

14、o3.4誤差分析從表1中可以看出，最大相對(duì)誤差在10.3%,75%的比測測次誤差在5%左右,95%的測次誤差在8%左右，系統(tǒng)誤差（累計(jì)頻率為50%）為0.34%。根據(jù)中華人民共和國河流流量測驗(yàn)規(guī)范XGB50179-93）,二類精度測站水文纜道法測流比測允許誤差規(guī)定為系統(tǒng)誤差不超過-2%1%,中低水位的隨機(jī)不確定度（置信水平為95%）不超過7%10%;均勻浮標(biāo)法單次流域測驗(yàn)允許誤差為11%。按此規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，升仙村站雷達(dá)流量:計(jì)測驗(yàn)誤差基本達(dá)到水文纜道測流允許誤差，達(dá)到均勻浮標(biāo)法流髭測驗(yàn)誤差標(biāo)準(zhǔn)。4影響雷達(dá)波流速儀測流的因素和解決方法4.1風(fēng)向風(fēng)速的影響和解決方法雷達(dá)波流速儀測量水面流速時(shí)，儀器本身測得的數(shù)據(jù)沒有問題，但水面如果受風(fēng)的影響，順風(fēng)水面流速會(huì)偏大,逆風(fēng)水面流速會(huì)偏小。這就要求在成果資料整理上，觀測風(fēng)向、風(fēng)速，進(jìn)行處理。4.2測流角度的影響和解決方法由于雷達(dá)波流速儀發(fā)射的是雷達(dá)波，探頭俯角越大，與水面接觸面越小,回波信號(hào)越弱。正常情況下建議探頭俯角為40。45。4.3測流歷時(shí)的影響由于流速越大每秒測得的數(shù)據(jù)越多，流速越小，測得的數(shù)據(jù)越少。建議在低流速時(shí)，應(yīng)增長測速歷時(shí)，大于60s©4.4儀器高度的影響由于電池功率和發(fā)射功率的原因，距離越近，回波信號(hào)越