劉 蕾

（雅安市水文水資源勘測局四川雅安625400）

S3-SVR型纜道雷達波在水文站流量測驗中的應用分析

劉 蕾

（雅安市水文水資源勘測局四川雅安625400）

S3-SVR型纜道雷達波流速儀是一種非接觸河道流量測驗儀器,它能借助水文站現(xiàn)有纜道設施，測量垂線水面流速計算斷面流量。本文通過對雷達波設備和流速儀測量結果進行對比分析，找出他們之間的關系系數(shù)。

S3-SVR型纜道雷達波；雷達波比測系數(shù)分析；回歸計算

隨著水文行業(yè)的不斷發(fā)展，水文監(jiān)測工作先后實現(xiàn)了水位雨量的自動測報。近年來，隨著對S3-SVR型纜道雷達波的應用分析，在很大程度上解決了較大洪水帶來的測流困難，克服了高洪轉子式流速儀無法入水和傳統(tǒng)的浮標測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型纜道雷達波設備在各個水文站的投入使用，要根據(jù)本站具體情況在使用前對雷達波設備和流速儀測量情況進行對比分析得出雷達波流量系數(shù)和它適用的水位級，使它在適用水位級測得的流速精度都能達到規(guī)范要求，逐步代替浮標測流的傳統(tǒng)方法。

1 雷達波的工作原理

S3-SVR型纜道雷達波測流設備以非接觸方式測量水流表面流速，借助水文站現(xiàn)有過河纜道設施，測量垂線水面流速，隨機測流軟件在完成流速測量后，計算虛流量以后，再按照流量系數(shù)計算出斷面流量。由于雷達波的測速范圍為0.20m/s～18.00m/s、測速精度為±0.05m/s、測速歷時為0～99.9s、鉛魚測高高度為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流、工作溫度為-30℃～+80℃，所以雷達波設備應用站點的范圍非常廣，使之成為水文自動化不可或缺的重要組成部分，為建立水文巡測隊、設立無人站點堅定了基礎。

雖然雷達波測量具有較大的優(yōu)勢，但由于它是采用非接觸方式測量水流表面流速，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傳感器最低測速能力為0.2m/s，當流速低于該指標時它將輸出零流速；（2）水面過于平靜時雷達回波非常微弱。S3-SVR把回波信號強度分為9級，當回波強度＞2時才能正常工作，當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)定可靠的雷達回波信號。

2 雷達波在水文站流量測驗中的應用分析

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，流速儀測速垂線一般為15根；日常觀測項目有水位、流量、雨量、降水、蒸發(fā)、泥沙；測驗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，多年水位流量關系線較好，中高水基本為單一線。

2.2 雷達波比測系數(shù)分析

在不同水位級用轉子式流速儀施測15份流量點子和雷達波施測30份流量點子，雷達波和轉子式流速儀流量點子的要有較長的水位級重合段，并且盡可能做到各級水位均有測點。由于雷達波輻射錐度角為12°，所以距水面5m時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大幅度的晃動，使雷達波覆蓋的水面區(qū)域保持為一直線。整理資料點繪雷達波和轉子式流速儀水位流量關系圖，做關系線的檢驗，檢查結果見表1，各項指標均達標。

2.3 雷達波流量系數(shù)和公式的確定

運用回歸計算將流速儀流量與雷達波虛流量進行比較結果見圖1，經(jīng)回歸分析得到相關方程為C=0.824576 Y-75.03345，相關系數(shù)r=0.998017。有些得出資料的線性相關性比較好，按照《流量測驗規(guī)范》（GBT5017-93）的規(guī)定，雷達波流量系數(shù)為雷達波虛流量和流速儀實流量的比值，計算出雷達波系數(shù)為0.85。在工作中要根據(jù)實際情況，及時對系數(shù)進行分析校正，確保流量測驗的精度。

2.4 結語

通過對流量對比分析確定雷達波流量系數(shù)為0.82，相關性好。儀器達到中高水流量測驗精度的要求，能滿足常規(guī)河段中高水流量測驗。并且通過對雷達波流速儀的設計原理的學習得出以下結論：在低水波浪小、含沙量小的情況下流速測量不準確；溫度、風雨對測量沒有影響，但是鉛魚的晃動幅度和纜道垂度對測量結果有影響。先進的雷達波測流對水文測驗提出的高頻、及時、準確的要求相適應，同時它具有操作簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，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 流速儀雷達波相性關系線

表1 寶興（三）站檢驗表