浅谈雷达波在线流量测验系统在康定水文站的应用

2022-04-28李文兰张定高

四川水利 2022年2期

李文兰，张定高

(1.四川省雅安水文水资源勘测中心，四川雅安，625000；2.四川省甘孜水文水资源勘测中心，四川甘孜，626000)

康定水文站位于甘孜藏族自治州康定市折多河畔，于1952年3月设立，是省级重要水文站、中央报汛站，集水面积1354km2，测验项目有：水位、流量、降水量。设站目的是为掌握大渡河右岸及丹巴、泸定间径流规律和为水电开发服务。测站功能主要是为基本资料收集和防汛服务[1]。2018年4月成立泸定水文测报中心，康定水文站成为巡测站，流量测验方式为手摇缆道流速仪测量。

1 雷达波在线流量测验系统结构及原理

雷达波在线流量测验系统属非接触式流速仪，采用多普勒原理[2]测得水面流速，分流速部分面积法计算流量，不接触水流，安全可靠。具备定时测流、条件加测、实时召测、现场启动施测的模式。

雷达波在线流量测验系统主要设备由简易缆道、雷达流速传感器、自动行车、测流控制器、太阳能供电系统、水位计等组成[3]。

设备的所有供电采用市电+太阳能充电控制系统供电，总共采用两套太阳能充电控制系统，其中测流控制器、水位计采用一套供电系统，自动行车采用一套供电系统。具体设备包含太阳能板电池(100W)2块、12V100Ah铅酸蓄电池2块、充电控制器2个、交直流转换模块2套，保证阴雨天可维持设备30d正常工作。

系统连接无线DTU设备和北斗通讯，将数据发送到指定的中心水文站，如接收端因关机或网络中断没有收到，可在中心站操作远程调回现场数据。现场测流控制器同时也将原始数据和流量成果存储在本机固态存储器内。

雷达波在线流量测验系统是采用非接触方式，施测水道断面上若干条测速垂线的水面流速，将此水面流速代替垂线平均流速，乘以部分过水断面面积，得到部分虚流量，求和得到断面虚流量，再乘以虚流量与断面流量的率定系数[4]，得到河流的实测流量。

式中：Qf——断面虚流量，m3/s；

Vi——水面流速(部分虚流速)，m/s；

Ai——部分面积，m2；

qi——断面部分虚流量，m3/s。

式中：Kf——虚流量与断面流量的率定系数；

A——测流时的过水断面面积，m2；

Q——断面实测流量，m3/s。

自动行车根据预设的测速垂线施测水面流速，依次向前施测，到达垂线位置后，先采集垂线水位，再施测水面流速，依此类推，直至所有垂线施测完成。系统根据每根垂线采集的垂线水位计算相应水位。

以计算出的相应水位作为本次流量施测的水位，流量计算过程与转子流速仪流量计算过程一致，存在的区别是，转子流速仪施测的是垂线点流速，电波流速仪只能施测水面流速。

雷达波在线流量测验系统原理如图1所示。

图1 雷达波在线流量测验系统原理

2 雷达波在线流量测验系统在康定水文站的应用分析

根据水文资料整编规范[5]，对康定水文站雷达波在线流量测验系统2021年1月1日-12月31日的在线监测流量数据进行资料整编，得出康定水文站2021年度水位流量关系曲线图(见图2)；对康定水文站流速仪法2021年1月1日-12月31日人工测验流量数据进行资料整编，得出康定水文站2021年度水位流量关系曲线图(见图3)。对康定水文站转子流速仪与电波流速仪流量进行对比分析(见表1)，然后根据康定水文站2021年度雷达波在线流量测验系统实测水位流量关系和转子流速仪水位流量关系建立相关图，得出转子流速仪流量与电波流速仪流量相关关系(见图4)。