雷达波测流仪在新寨水文站的流量监测应用

【摘要】随着多普勒雷达测速技术在各个领域得到广泛应用，S3-SVR型无线遥控雷达波数字化测流系统的研发推出及不断完善，在水文行业得到认可，在水文流量测验工作中提供了便利。通过介绍S3-SVR雷达测流仪的工作原理和主要测验设备技术指标，以及对新寨水文站进行无线雷达波测流系统的实验比测分析，总结分析该仪器在青海三江源地区水文监测工作应用中积累的一些经验，分析结果表明，雷达流速仪性能比较稳定，测验质量满足规范要求。该仪器的投入使用对今后高海拔地区的水文测验改革起到重要作用与意义。

【关键词】比测分析；雷达波在线测流；新寨水文站；流量测验

1、雷达波测流仪器介绍

1.1无线遙控雷达波测流系统

S3-SVRIII型无线遥控雷达波数字化测流系统是一种新型的非接触式河道流量测验系统、系统采用了雷达多普勒表面测速、位置姿态精确控制、指令信息无线数字传输、状态检测及智能决策、数据实时分析处理等大量新技术，是典型的机电一体化产品。系统是根据中小河流水流急、漂浮物多、河水陡涨陡落的特点，设计的流量自动测报系统。通过在测流断面上架设简易缆绳，测流控制器（RTU）控制雷达波测速行车的走航，完成固定垂线的水面流速测验，根据实测水位、借用大断面资料，完成断面流量的计算及传输。

1.2测验原理

无线遥控雷达波测流系统的基本工作原理是计算机遥控步进电机精确定位流速仪起点距，通过雷达波非接触方式在测验水道断面上测的若干条垂线的水面平均流速，乘以过水断面面积得到相应虚流量，并进行加权计算。得到雷达波测的虚流量。从而实现流量的在线监测。

1.3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. 2 mm 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。

2、雷达波比测实验

2.1比测试验成果及系数分析

新寨站位于青海省玉树县结古镇，海拔约3660 m。是长江流域金沙江上段巴塘河基本控制站，在2017年，7月底雷达波在线测流在新寨水文站安装运行，并投入使用。在投入初期到运行到一定时间内，对新寨水文站进行比测。取得样本数44个。由于新寨水文站断面控制稳定，各个水力因素变化不大。则选用了查线流量为标准值进行比测分析。各站所选取的比测数据如表1：

从表1的比测试验统计中得出，新寨水文站比测期间，实测流量范围为：17.8m3/s～75.5 m3/s用雷达波测流系统测得流量范围为：24.7m3/s～92.4 m3/s统计计算的流量系数Kf在0.72-0.82。

选用算术平均法和相关法分别确定雷达波测流系数，其中采用算术平均法计算的流量系数K=0.76，采用相关法确定的水面系数K=0.76，相关公式为 y=0.7656x，R2=0.9913 ，为显著相关。

2.2比测误差分析及相关检验

新寨站系数选定0.76进行系统误差和标准差检验，结果表明：系统误差为-0.1%，标准差Se=2.3%，随机不确定度为4.6%，参照水位-流量关系定线精度指标，该相关性的定线精度符合测站精度要求。同时符号检验、适线检验及偏离数值检验合格，均符合《水文资料整编规范》SL247-2012的要求。

3、结果与讨论

（1）雷达波流速仪测流时，雷达探头的俯角与水面接触面大小对测速产生影响。在测流角度上，应调整到一个最佳角度，减少偏角对测速影响。并多次测量，取其平均值。

（2）雷达波流速仪测得的水面流速，受到逆风或顺风影响，所测得流量都有很大误差。所以，测流时应尽量避开大风天气。减少风力因素对测流数据的影响。

（3） 由于各站水流条件和测站控制条件不同，各站雷达波流速仪水面系数也有不同，例如：曲玛河站确定的系数为0. 87，而新寨站确定的系数为0. 76。故建议应当及时在其他水位级进行加测，以便及时补充资料，并进行流量系数的修订完善。

4、结语

雷达波测流精度满足中小河流水文监测要求。进一步改进完善仪器可提高精度，只要水面流速系数和断面选用得当，就可达到流速仪水面一点法的精度。测验时，雷达测速仪在专用缆道水平方向上运行速度快、测速时间短，特别是在一些特殊情况下，如洪水暴涨暴落、水流揣急时，该法具有不可替代的优势。

雷达测流仪最大特点是非接触式水体测速，可以有效补充洪水期漂浮物多时的流量测验。雷达法测流自动化程度高。在专用简易缆道架设好的情况下，一人即可完成流量测验。浮标法至少需要3人配合才能完成流量测验，在人员投人上优于浮标法。雷达测流仪体积小、质量轻，仪器与缆道可以分离，便于携带、安装方便。

该仪器在三江源水文监测项目的应用，在实际测量中取得了较好效果，为其推广应用取得了可借鉴经验。同时，雷达波测流系统的成功应用，为高海拔地区开展水文巡测提供了技术支撑，拓展了该仪器的应用范围，为今后推广应用该仪器提供了经验。

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，2012，8（4） ： 42 - 48.

[2]王文华. 雷达波测流仪比测分析[J]. 人民黄河， 2016， 38 （6） ： 6 – 9

[3]中华人民共和国水利部. SL247-2012 ，水文资料整编规范[S]

[4]中华人民共和国水利部. GB50179-93 ，河流流量测验规范[S]

作者简介：鲁佳泰，男，助理工程师，主要从事水文勘测，水文分析计算。