中小河流流量测验中雷达波流速仪的应用研究

庄秀华

【摘 要】雷达波流速仪是一款适用于中小河流流量测验的水文巡测仪器，能够准确地预警山洪暴发、突发性暴雨洪水等，从而保障人们的人身与财产安全。论文主要对雷达波流速仪这一仪器进行简单概述，并介绍了雷达波流速仪的优缺点，雷达波应用时的影响因素等，为相应人员提供参考依据。

【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.

【关键词】中小河流；流量测验；雷达波流速仪；应用

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

【中图分类号】P335 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）08-0193-02

1 引言

在河流流量测试过程中，一般来讲，测试人员多是运用转子式的流速仪进行河流流速以及水深的测量，或者采用水面浮标测量法对高水位的河流流速进行测试，并利用断面面积将测量结果转化为流量的真实数据。在运用上述两种河流流量测量方法时，测量人员应先行修建缆道，盖房观测，牵高、低压线等，整个过程下来耗费时间较长，工作量较大，成本投入多，且难以实现在线观测。针对此种情况，作为水资源发达的省份，防洪预警工作较为艰难。雷达波流速仪的研发与应用解决了这一问题，雷达波流速仪是一款新研发并推广使用的河道流量测速仪，作为一款非接触性仪器，在利用此项仪器测量河道流量时，避免了前期的工程建设，减少了成本投入，实现了高效、快速的在线观测，降低了洪水预警工作的难度，值得广泛应用。

2 雷达波流速仪的简单概述

因雷达波流速仪在中小河流流量测试的便捷、实时、准确性，其在研发并推出后被广泛应用，现今，国内外运用在河流测试中的雷达波流速仪主要有以下几种形式：

第一，固定单、多探头的雷达波流速仪。此种模式的流速仪主要适用于断面基本稳定、具有较好的水位流量或者断面上游有桥存在的测站。此种流速仪是由单个或者多个雷达波测流的探头连接组成，探头由电缆连接，布设在测验河道的断面点位上，在此种流速仪上，一般具备着太阳能电池、数据信号处理器、防雷设备等[1]。在测得河道水面流速后，所得数据可直接通过有线或者无线形式传输至测站，测站可直接利用专门的计算机软件计算断面流量。

第二，移动式雷达波流速仪。移动式流速仪适用于建设缆道的河面测量，利用缆道设备，流速仪可直接通过非接触的形式测量缆道每条垂线下的河道水面流速，并通过有线或者无线的形式将测得数据传输回测站。测站可直接根据断面与水位的资料，通过专门的测流软件来计算中小河流的水流量。

第三，无线遥控雷达波流速仪。当河道的测流断面变化较大，且河道上方未设置专业水文缆道，而断面上游又无桥梁时，可使用无线遥控雷达波流速仪进行河道流量测量。此种测量河道流量的方式主要是将流速仪固定悬挂在相配套的直径4.2mm的鋼丝绳缆道上，利用流速仪本身具备的无线遥控、配套定位等，测量人员可直接运用计算机进行远程操作，在非接触的情况下进行测量，并运用专门的测流软件进行河道水面流速测量、断面流速测量[4]。

3 雷达波流速仪与传统测流相比的优缺点

第一，雷达波流速仪的优点。在设置测流站点时，新型流速仪不需要供电、盖房等测量前期的建设，投资成本相对较小，且此种流速仪是非接触测量的形式，为测量河道流速的工作人员提供优越的工作环境，无需再水中即可操作；运用雷达波流速仪对中小型河道进行测量，能够对河道水面流速进行自动采集、存储甚至能够将采集的数据及时传输进入测站中并自行生成断面、水面流量，实现了在线测流，增强了防洪的预警性。除以上优点外，新型流速仪能够每秒采集4组测点水面流速信号[5]，若测量人员在河道测量时将测速时间定为20s，则其能够得到80组水面流速符号，将80组符号传入测站，计算机内部专门的测流软件能够自动去除10%的最大与最小数据[3]，将其余数据进行平分，消除测量时波浪起伏带来的不良影响，提高测量的精度；相较传统测流来讲，雷达波流速仪本身体型娇小，携带便利，对能源的消耗较少，运用太阳能电池可使用5年，且对河道测速的范围更宽，平均在0.2m/s～18m/s之间[3]。

第二，雷达波流速仪的缺点。雷达波流速仪测得的数据是水面流速，想要对河流流量进行全面了解，则需要进行比测实验，以确定河流流速与断面平均流速间的关系。另外，流速仪测得的水面流速与实际水深没有联系，断面资料也仅是参考，因此，为保证参考资料的准确度，必须增加断面的测量次数。

4 影响雷达波流速仪测量中小河流流量的因素

第一，风速对流速仪测试结果的影响。在测试中小河流河面的水流量时，因雷达波流速仪测试的是水面流速，所测量的数据与风速间存在一定关系，当流速仪与水面波纹呈现出顺风趋势时，则测得水面流速将会偏大，反之偏小，尤其是中小河道的水流速度本身偏小，且测量时风速较大，受风速影响，测得的数据存在较大偏差。为避免风速对河道流速测试结果产生影响，测试人员可引入浮标测试法，同时间测试风速风向，减小河道流量测试的误差。endprint

第二，测试角度对流速仪测试结果的影响。在雷达波对河道的水面流速进行测量时，测试角度的不同得到的测试结果也不尽相同，尤其在中雨至暴雨的天气，测试角度越小，雷达波与河面接触面越大，则得到的数据越精确。虽然，多数雷达测速传感器能够自动将模式转换为降雨模式对河道进行测量，然而，在雷达波对流速较快的河道进行测流时，测试人员应将测试俯角调至最小的60°，若河道的河水流速正常，则将雷达波测流速仪器的探头俯角40°～45°即可，若河面流速较低，则应增加雷达波与水面的接触面积，将俯角调至30°[2]。

第三，雷达波仪器高度对河道测量结果的影响。在雷达波流速仪对中小型河道的流速进行测量时，由于雷达波的发射功率以及配备的电池功率影响，雷达波仪器与河道距离越近，则收到的回波越强烈，相反，当流速仪与河面相距越远时，雷达波回波信号越弱。在正常的河道测量中，流速仪与河面的距离不应超过30m，而对流速较低的河道测量时，仪器与河面间的距离越近越好。

第四，测流历时对河道测量结果的影响。因雷达波测得的数据是河道的表面流速，为保证数据的准确性与参考河流截面的精度，雷达波应对河道进行多次测量，并減去10%左右的最大与最小数字，保证数据的准确性。在河流流速测量中，河流流速越大，每秒获得的数据越多，相反则获得数据较少。因此，在河道流速较高时，测量人员可相应缩短测试时间，而低流速时，测流时间应加长，大于60s为佳。

5 结语

在水资源含量较多且降水量丰富的地区，多雨时节，增强河道流速的检测，避免洪水喷发，是保障当地居民人身财产安全的重要事项。雷达波流速仪的研发与应用增强了河道流速测试的准确性，实现了在线监测，减少了外在因素对测速的影响，传统的水文缆道使用转子式流速仪时，大风浪使仪器难以入水、漂浮物遮盖测量仪器等现象时有发生，为山洪预警增大了风险，新型的雷达波测量在不与水面接触的情况下，即可进行河道流速测量，安全可靠、投资少、经济适用，为防汛提供了可靠真实的依据，目前，雷达波流速仪已经成为中小河流流量测速的主要仪器。

【参考文献】

【1】秦福清.雷达波流速仪在中小河流流量测验中的应用分析[J].水利信息化，2012（4）：42-48.

【2】张琦.雷达波流速仪在中小河流流量测验中的应用分析[J].黑龙江科学，2017，8（2）：47-48.endprint