劉 蕾

（雅安市水文水資源勘測(cè)局四川雅安625400）

S3-SVR型纜道雷達(dá)波在水文站流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用分析

劉 蕾

（雅安市水文水資源勘測(cè)局四川雅安625400）

S3-SVR型纜道雷達(dá)波流速儀是一種非接觸河道流量測(cè)驗(yàn)儀器,它能借助水文站現(xiàn)有纜道設(shè)施，測(cè)量垂線水面流速計(jì)算斷面流量。本文通過對(duì)雷達(dá)波設(shè)備和流速儀測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，找出他們之間的關(guān)系系數(shù)。

S3-SVR型纜道雷達(dá)波；雷達(dá)波比測(cè)系數(shù)分析；回歸計(jì)算

隨著水文行業(yè)的不斷發(fā)展，水文監(jiān)測(cè)工作先后實(shí)現(xiàn)了水位雨量的自動(dòng)測(cè)報(bào)。近年來，隨著對(duì)S3-SVR型纜道雷達(dá)波的應(yīng)用分析，在很大程度上解決了較大洪水帶來的測(cè)流困難，克服了高洪轉(zhuǎn)子式流速儀無法入水和傳統(tǒng)的浮標(biāo)測(cè)流受影響因素眾多的多種弊端，極大地提高了高洪流量資料收集的精確度。為了確保S3-SVR型纜道雷達(dá)波設(shè)備在各個(gè)水文站的投入使用，要根據(jù)本站具體情況在使用前對(duì)雷達(dá)波設(shè)備和流速儀測(cè)量情況進(jìn)行對(duì)比分析得出雷達(dá)波流量系數(shù)和它適用的水位級(jí)，使它在適用水位級(jí)測(cè)得的流速精度都能達(dá)到規(guī)范要求，逐步代替浮標(biāo)測(cè)流的傳統(tǒng)方法。

1 雷達(dá)波的工作原理

S3-SVR型纜道雷達(dá)波測(cè)流設(shè)備以非接觸方式測(cè)量水流表面流速，借助水文站現(xiàn)有過河纜道設(shè)施，測(cè)量垂線水面流速，隨機(jī)測(cè)流軟件在完成流速測(cè)量后，計(jì)算虛流量以后，再按照流量系數(shù)計(jì)算出斷面流量。由于雷達(dá)波的測(cè)速范圍為0.20m/s～18.00m/s、測(cè)速精度為±0.05m/s、測(cè)速歷時(shí)為0～99.9s、鉛魚測(cè)高高度為5m、無線模塊為通信距離600m、內(nèi)置電池為可充電鋰電池連續(xù)工作20h、適用環(huán)境為全天候雨天可正常測(cè)流、工作溫度為-30℃～+80℃，所以雷達(dá)波設(shè)備應(yīng)用站點(diǎn)的范圍非常廣，使之成為水文自動(dòng)化不可或缺的重要組成部分，為建立水文巡測(cè)隊(duì)、設(shè)立無人站點(diǎn)堅(jiān)定了基礎(chǔ)。

雖然雷達(dá)波測(cè)量具有較大的優(yōu)勢(shì)，但由于它是采用非接觸方式測(cè)量水流表面流速，所以也限制了它的使用范圍，只能在高洪使用。主要的原因：（1）S3-SVR傳感器最低測(cè)速能力為0.2m/s，當(dāng)流速低于該指標(biāo)時(shí)它將輸出零流速；（2）水面過于平靜時(shí)雷達(dá)回波非常微弱。S3-SVR把回波信號(hào)強(qiáng)度分為9級(jí)，當(dāng)回波強(qiáng)度＞2時(shí)才能正常工作，當(dāng)波浪大和水面漂浮物多還有泥沙含量是有利于傳感器獲得穩(wěn)定可靠的雷達(dá)回波信號(hào)。

2 雷達(dá)波在水文站流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用分析

2.1 水文站的基本情況

本文選擇筆者所在的水文站為例，本站寶興（三）站是青衣江上的基本水文站，本站所在地集水面積2778km2，基本水尺斷面的河寬約為50m，流速儀測(cè)速垂線一般為15根；日常觀測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、雨量、降水、蒸發(fā)、泥沙；測(cè)驗(yàn)斷面由卵石及塊石組成，斷面形狀為“U”形河床，汛期沖淤變化較大，多年水位流量關(guān)系線較好，中高水基本為單一線。

2.2 雷達(dá)波比測(cè)系數(shù)分析

在不同水位級(jí)用轉(zhuǎn)子式流速儀施測(cè)15份流量點(diǎn)子和雷達(dá)波施測(cè)30份流量點(diǎn)子，雷達(dá)波和轉(zhuǎn)子式流速儀流量點(diǎn)子的要有較長的水位級(jí)重合段，并且盡可能做到各級(jí)水位均有測(cè)點(diǎn)。由于雷達(dá)波輻射錐度角為12°，所以距水面5m時(shí)波束覆蓋面直徑約為1m，離水面越近覆蓋面直徑就越小，并且傳感器提供的流速是該面積內(nèi)的平均流速,要盡量減小纜道垂度和開纜車時(shí)大幅度的晃動(dòng)，使雷達(dá)波覆蓋的水面區(qū)域保持為一直線。整理資料點(diǎn)繪雷達(dá)波和轉(zhuǎn)子式流速儀水位流量關(guān)系圖，做關(guān)系線的檢驗(yàn)，檢查結(jié)果見表1，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。

2.3 雷達(dá)波流量系數(shù)和公式的確定

運(yùn)用回歸計(jì)算將流速儀流量與雷達(dá)波虛流量進(jìn)行比較結(jié)果見圖1，經(jīng)回歸分析得到相關(guān)方程為C=0.824576 Y-75.03345，相關(guān)系數(shù)r=0.998017。有些得出資料的線性相關(guān)性比較好，按照《流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》（GBT5017-93）的規(guī)定，雷達(dá)波流量系數(shù)為雷達(dá)波虛流量和流速儀實(shí)流量的比值，計(jì)算出雷達(dá)波系數(shù)為0.85。在工作中要根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)對(duì)系數(shù)進(jìn)行分析校正，確保流量測(cè)驗(yàn)的精度。

2.4 結(jié)語

通過對(duì)流量對(duì)比分析確定雷達(dá)波流量系數(shù)為0.82，相關(guān)性好。儀器達(dá)到中高水流量測(cè)驗(yàn)精度的要求，能滿足常規(guī)河段中高水流量測(cè)驗(yàn)。并且通過對(duì)雷達(dá)波流速儀的設(shè)計(jì)原理的學(xué)習(xí)得出以下結(jié)論：在低水波浪小、含沙量小的情況下流速測(cè)量不準(zhǔn)確；溫度、風(fēng)雨對(duì)測(cè)量沒有影響，但是鉛魚的晃動(dòng)幅度和纜道垂度對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。先進(jìn)的雷達(dá)波測(cè)流對(duì)水文測(cè)驗(yàn)提出的高頻、及時(shí)、準(zhǔn)確的要求相適應(yīng)，同時(shí)它具有操作簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在廣泛的推廣。這本身為提高水文的現(xiàn)代化和信息化水平具有重要意義。

圖1 流速儀雷達(dá)波相性關(guān)系線

表1 寶興（三）站檢驗(yàn)表