湖北江河盛腾工程咨询有限公司 湖北武汉 430000
摘要：在对中小河流流量进行测试时，一般采用转子式流速仪和浮标法测流，但当遇到洪水或河流中有漂浮物时，就不能使用上述方法，需要使用雷达波流速仪。笔者主要对雷达波流速仪测中小河流流量的基本原理、优缺点及影响因素进行分析。
关键词：雷达波流速仪；中小河流流量；流量测试
前言
在对河流流量进行测试时，一般采用转子流速仪测试河流的流速和水深，采用水面浮标法对高水位的流速进行测试，再借用断面面积转化成流量。利用上述两种方法进行河流流量测试时，往往需要修建缆道，盖房观测，牵高、低压电，整个过程人工完成，工作量，投资都较大，无法实现在线观测。随着水利工程的不断发展，洪水预警工作量增加了1倍以上，但是工作人员的数量却没有增加，应改进中小河流的流量测试手段，实现用时短、用人少的在线观测，而雷达波流速仪能够满足这些要求，值得广泛应用。
1 雷达波流速仪概述
1.1无线遥控雷达波数字化测流系统
1.1.1基本原理
雷达波流速仪在进行中小河流流量测试时，主要应用无线遥控雷达波数字化测试系统，按照水利行业标准GB50179－93《河道流量测验规范》进行设计。在具体的河流流量测试过程中，使用无线遥控雷达波数字化测流系统，将雷达波流速仪固定在直径4.2mm的简易钢丝绳缆道上，利用无线遥控、配套系统及测流软件进行流速测试，整个过程通过电脑实现远程操作，并进行睡眠流速、断面流量的测试。雷达测速仪是通过微波来测量运行物体的运行速度，其工作原理是基于多普勒原理，雷达波以扇形发射向目标，当微波照射在物体上时会产生一个与运动物体速度成比率的变化，其变化大小反应了物体运动速度。目前雷达波测速方式有两种，一种为同向测速，其测量目标与雷达波束发射方向一致；另一种为反向测速，其测量目标与雷达波束发射方向相反。常见的雷达测速仪设备包括手持雷达波流速仪、缆道雷达波测流设备、在线遥控多探头雷达波数字化测流系统、无线遥控雷达波数字化测流系统等。
1.1.2设备组成
无线遥控雷达波数字化测流系统主要分为三部分：第一，测试缆道。在河道测试断面架设测试仪器和4.2mm的不锈钢或镀锌高低简易缆道，高缆道主要测试高洪流量，低缆道主要测试日常流量。第二，雷达波定位测验流速仪。该测试仪器由多普勒雷达波测速传感器、步进电机及高性能电脑控制芯片、PLC、无线信号和锂电池组成。第三，无线遥控数字化处理器。主要由电脑、无线遥控及测流软件等组成。
1.1.3基本特点
无线遥控雷达波数字化测流系统主要是对比较大的洪水流量进行测试，即使是高流速、有水浪及漂浮物的情况下，也可进行流量测试。在测试过程中，主要表现为以下特点：第一，安全可靠。该系统采用非接触式的方式进行测试，整个过程十分安全。雷达测试仪也比较轻便、小巧，一个工作人员就能操作，安装结束后短时间内就能获得测试数据。雷达波流速仪方便携带，不需要现场接线就能安装，可实现简便、经济的测速，能对结果进行数字化处理。第二，测试精度高。雷达波测速仪的工作速度是60m/min，如果垂直水面的流速是1m/s，那么采集流速的速度是4次/s。如果测试过程中的断面不发生变化，水面流速的测试重复率不会超过0.03m/s，100m的河面可以在几分钟内完成测速，因此该设备可应用于洪水发生时的流速测试。该设备内部可以自动进行降雨模式检测，以锂电池作为电源，在遇到暴雨天气时，可以连续工作5h以上。整个设备的数据采集过程都是自动化完成，测验后就可直接计算流量，自动化程度很高，通过计算机对水位、断面情况进行处理，并将采集的数据直接传输到数据库中，不需要再进行人工处理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
1.2缆道雷达波测流设备
缆道雷达波测流设备是使用多普勒雷达测速传感器，采用非接触的方式对水面流速进行测试，可以对每条垂线水面流速进行测试，并使用配套测流软件，直接反映断面的流量。该设备可以取代浮标法测流速，能够进行常规、高速、低速的测流，尤其是高速且存在大量悬浮物的时候，能够实现快速准确的测试。该设备中的蓄电池能够实现免维护运行，但是在使用过程中，需要有配套带拉偏索的绞车缆道。
1.3手持雷测速仪
目前，手持雷测速仪采用流速仪种类较多，比如电波流速仪、手持雷达枪等，在使用过程回波较强，能够自动形成降雨模式，主要用于桥测、有吊箱的缆道及断面河道测量。在测量过程中，手不能抖，要把握好测试的角度。
1.4雷达波流速仪
1.4.1优点
雷达波流速仪在中小河流流速测试中，突出表现为以下四个优点：第一，流速测试过程中，流速越快，测量结果越准确。因为多普勒雷达波测速传感器是根据河流特点来进行测试的，在100m内会测试4次流速，且有自动降雨功能。
第二，测试过程中，雷达波测试仪距离河流越近，捕捉的信号就越强，回波的信号就越好。一般在2m的距离上能够测定0.2m/s的流速。
第三，雷达波测速仪俯角越大，与水面之间的接触面就越小，回波信号就越弱。而俯角较小，水面接触面大，回波的信号就越强。第四，雷达波在测试过程中，流速越大，测得的数据越多，测得的数据就越准确。
1.4.2缺点
第一，需要进行比测。由于雷达波测速仪是对中小河流的水面进行流速测试，因此需要进行比测实验，这样才能准确把握河流流速和断面平均流速之间的关系。
第二，需要增加断面测试次数。雷达波测速仪主要是对水面流速进行测试，没有进行水深测试，断面资料一般是借用的，因此必须增加断面的测试次数。
2 影响雷达波流速仪测量中小河流流量的因素
2.1风速的影响
雷达波在测试中小河流的水面流量时，测试结果与风速之间存在着一定的关系，顺风会使测试的结果偏大，而逆风会使测试结果偏小。当流速较大时，风速对河流水面流速的影响较小，流速较小时，风速对河流水面流速的影响较大。为避免风速对测试结果产生影响，需要引入浮标测试法，对风力、风向进行测试。
2.2测试角度的影响
雷达波在进行流量测试时，会受测量角度的影响，尤其是中到暴雨时，会对流速的测试产生较大的影响。虽然在测试过程中使用了多普雷雷达测速传感器和自动转换降雨模式，但是在具体的测流过程中，还需要将测试俯角调成最小的60°。对于流速比较低的河面，应增加雷达波和水面的接触面，将测试俯角调成30°。
2.3测流历时的影响
在测试过程中，流速越大，每秒中测得的数据就越多，流速越小，获得的数据就越少。因此，在高流速时可以适当缩短测试时间，而低流速时，就需要增加测试的时间。
2.4仪器高度的影响
雷达波测速仪在进行中小河流流量测试的过程中，由于受到电池功率和发射功率的影响，测试距离越近，回波的信号就越强，而测试距离越远，测试信号就越弱。在正常的测试过程中，流速仪的高度不应超过30m，在进行低流速测试时，仪器高度越低越好。
3 结语
将雷达波测速仪引入到中小河流的流量测试过程中，能够实现高流速、有悬浮物的测试，测试安全，避免了水草等水生植物对仪器的缠绕，投资少、经济实用，能够在较短的时间内获得相对准确的数据，为防洪决策提供依据。雷达波测速仪在中小河流流量测试中的应用也会越来越广泛。
参考文献
[1]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，2017，02：47-48.
[2]王华宇，唐海彦.雷达测速仪在四川省青衣江流域水文监测中的应用[J].四川水利，2017，01：53-55.
[3]颜真梅，母国宏.浅谈沙滩水位站测流能力建设[J].黑龙江水利，2017，02：68-70.
论文作者:葛永强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/20
标签：流速论文; 测试论文; 波流论文; 河流论文; 流量论文; 断面论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;