河道傳統(tǒng)測(cè)量如何改進(jìn)方案？

一、 方案概述

1.1方案背景

流量資料具有極為重要的作用，涉及防洪安全、水文水利計(jì)算、水資源評(píng)價(jià)等各個(gè)方面，因此河流流量測(cè)量是水文工作的重要內(nèi)容。每年需要耗費(fèi)大量的人力物力去完成測(cè)驗(yàn)任務(wù)。為了減輕流量測(cè)驗(yàn)工作量，長(zhǎng)期以來(lái)，水文工作者都在尋找減少流量測(cè)驗(yàn)次數(shù)的方法。

常用的方法有：采用纜道測(cè)流或者走航測(cè)驗(yàn)等技術(shù)測(cè)流；研發(fā)給予水力學(xué)、水文學(xué)模型的水位推算流量的方法以實(shí)現(xiàn)水位推算流量方法；利用旋槳式流速儀對(duì)斷面多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)流。

傳統(tǒng)的測(cè)流方法多以單次測(cè)流或者人工測(cè)流為主。測(cè)流的歷時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)流的精度不高，且需要耗費(fèi)水文工作人員大量的時(shí)間。

現(xiàn)提出一種陣列式雷達(dá)流速儀，可以使用在寬河道的流量監(jiān)測(cè)，其安裝簡(jiǎn)便，可以替代人工測(cè)流。

1.2方案總體概述：

由于水流在不同位置的流速變化較大，故在不同的位置均布多臺(tái)流速儀，放置一臺(tái)雷達(dá)水位計(jì)，供電采用市政供電或者太陽(yáng)能供電，利用遙測(cè)終端機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。

雷達(dá)流速儀：用于非接觸測(cè)量水表面的流速。

雷達(dá)水位計(jì)：用于測(cè)量橋下河道的水位。

遙測(cè)終端機(jī)：讀取多臺(tái)雷達(dá)流速儀和1臺(tái)水位的數(shù)據(jù)并且將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總按照速度面積法計(jì)算過(guò)整個(gè)過(guò)流斷面的面積。

1.3雷達(dá)流速儀的測(cè)量原理：

雷達(dá)流速儀流速測(cè)量基于多普勒效應(yīng)，探頭斜向下發(fā)出一束雷達(dá)波，雷達(dá)波在照射到水體表面反射，由于多普勒效應(yīng)，發(fā)出去和雷達(dá)波和接收到的雷達(dá)波會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移Δf， 多普勒頻移Δf正比于流速。通過(guò)測(cè)量多普勒頻移Δf即可測(cè)量出流體的流速。

1.4速度面積法原理：

利用雷達(dá)流速儀測(cè)量流速V，利用雷達(dá)水位計(jì)測(cè)量水位H，預(yù)先在控制器設(shè)置的斷面參數(shù)，控制器可以利用水位自動(dòng)換算出過(guò)流面積S，流體的流量公式為：

Q= V×S

其中V- - - -流速 S- - - -過(guò)流面積Q- - -瞬時(shí)流量。

由于采用了速度面積法測(cè)流，其可以適用于任何形態(tài)的斷面。

雷達(dá)流速儀用于河流和渠道的非接觸式表面流速測(cè)量。流速儀安裝在河流、渠道等水體上方（安裝高度大于0. 5m），沿水面夾角約45 - 6 0度方向向水面發(fā)射雷達(dá)信號(hào)，反射回來(lái)的信號(hào)會(huì)被傳感器接收，并通過(guò)分析計(jì)算轉(zhuǎn)換為表面平均流速。

二、主要設(shè)備參數(shù)

2.1雷達(dá)流速儀：

2.2雷達(dá)水位計(jì) 

技術(shù)參數(shù)

2.3遙測(cè)終端機(jī)

ü 支持流速、水位換算流量。

ü 配套上位機(jī)軟件可設(shè)置渠道、管道類(lèi)型參數(shù)等。

ü 支持GPRS/GSM流量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸功能。

ü 支持同時(shí)向多個(gè)站點(diǎn)發(fā)送報(bào)文。

ü 支持多種工作模式（包括自報(bào)模式、查詢(xún)、應(yīng)答式、兼容式等）。

ü 內(nèi)置大容量存儲(chǔ)空間、支持USB本地?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

ü 支持遠(yuǎn)程升級(jí)、配置、維護(hù)。

ü 工作溫度：-10~60℃。

ü 配套上位機(jī)軟件。

三、軟件平臺(tái)和功能

遙測(cè)終端機(jī)每5分鐘（可根據(jù)情況設(shè)定）采集底層傳感器的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送至相應(yīng)的服務(wù)器，通過(guò)數(shù)據(jù)查看平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查看、歷史報(bào)表、歷史圖形、導(dǎo)出excle等。

四、流量計(jì)算依據(jù)

依據(jù)GB50179-2015河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范采用多垂線(xiàn)流量計(jì)算。

將斷面劃分成多個(gè)斷面，然后計(jì)算各垂線(xiàn)的平均流速。通過(guò)各垂線(xiàn)的平均流速進(jìn)而計(jì)算出各分割斷面的流量進(jìn)而求和得到其累計(jì)流量。

部分流量和斷面流量的理論依據(jù)：

垂線(xiàn)流速計(jì)算的理論依據(jù)：

由于雷達(dá)流速儀是采用非接觸式多普勒效應(yīng)測(cè)流速，因而其測(cè)量的表面流速和部分平均流速之間是存在誤差的。因而需要采用其他的經(jīng)過(guò)校核過(guò)的流速儀進(jìn)行校核得到校正系數(shù)。

通過(guò)上面的幾個(gè)依據(jù)得到的平均流速和設(shè)備測(cè)量表面流速進(jìn)行校核之后可以得到校正后的流速，然后利用垂線(xiàn)流速計(jì)算的理論依據(jù)和部分流量和斷面流量的理論依據(jù)就可以得到整個(gè)斷面的流量數(shù)據(jù)。