河道傳統(tǒng)測量如何改進(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、水文水利計算、水資源評價等各個方面，因此河流流量測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驗(yàn)任務(wù)。為了減輕流量測驗(yàn)工作量，長期以來，水文工作者都在尋找減少流量測驗(yàn)次數(shù)的方法。
常用的方法有：采用纜道測流或者走航測驗(yàn)等技術(shù)測流；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斷面多個點(diǎn)進(jìn)行測流。
傳統(tǒng)的測流方法多以單次測流或者人工測流為主。測流的歷時時間長，測流的精度不高，且需要耗費(fèi)水文工作人員大量的時間。
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，其安裝簡便，可以替代人工測流。
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流速儀，放置一臺雷達(dá)水位計，供電采用市政供電或者太陽能供電，利用遙測終端機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總。
雷達(dá)流速儀：用于非接觸測量水表面的流速。
雷達(dá)水位計：用于測量橋下河道的水位。
遙測終端機(jī)：讀取多臺雷達(dá)流速儀和1臺水位的數(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算過整個過流斷面的面積。
1.3雷達(dá)流速儀的測量原理：
雷達(dá)流速儀流速測量基于多普勒效應(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)波會產(chǎn)生多普勒頻移Δf， 多普勒頻移Δf正比于流速。通過測量多普勒頻移Δf即可測量出流體的流速。
1.4速度面積法原理：
利用雷達(dá)流速儀測量流速V，利用雷達(dá)水位計測量水位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換算出過流面積S，流體的流量公式為：
Q= V×S
其中V- - - -流速 S- - - -過流面積Q- - -瞬時流量。
由于采用了速度面積法測流，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，反射回來的信號會被傳感器接收，并通過分析計算轉(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：
有效距離 | 0~40m | 測量精度 | ±0.01m/s |
測量范圍 | 0.1-20、40m/s | 分辨率 | 0.001m/s |
供電范圍 | 9~24V | 功耗 | ＜1W |
工作溫度 | -10℃~60℃ | 存儲溫度 | -20℃~60℃ |
相關(guān)濕度 | 95%RH | 通信接口 | RS485 |
防護(hù)等級 | IP66 | 天線頻率 | 24GHz |
波束角 | 12X25° | ||
2.2雷達(dá)水位計
技術(shù)參數(shù)
測量范圍 | 0~30m | 分辨率 | 1mm |
測量精度 | ±3mm | 輸出接口 | RS485 |
工作溫度 | -10℃~60℃ | 存儲溫度 | -20℃~70℃ |
2.3遙測終端機(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 支持同時向多個站點(diǎn)發(fā)送報文。
ü 支持多種工作模式（包括自報模式、查詢、應(yīng)答式、兼容式等）。
ü 內(nèi)置大容量存儲空間、支持USB本地數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。
ü 支持遠(yuǎn)程升級、配置、維護(hù)。
ü 工作溫度：-10~60℃。
ü 配套上位機(jī)軟件。
三、軟件平臺和功能
遙測終端機(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，通過數(shù)據(jù)查看平臺可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的查看、歷史報表、歷史圖形、導(dǎo)出excle等。
四、流量計算依據(jù)
依據(jù)GB50179-2015河流流量測驗(yàn)規(guī)范采用多垂線流量計算。
將斷面劃分成多個斷面，然后計算各垂線的平均流速。通過各垂線的平均流速進(jìn)而計算出各分割斷面的流量進(jìn)而求和得到其累計流量。
部分流量和斷面流量的理論依據(jù)：
垂線流速計算的理論依據(jù)：
由于雷達(dá)流速儀是采用非接觸式多普勒效應(yīng)測流速，因而其測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)過校核過的流速儀進(jìn)行校核得到校正系數(shù)。
通過上面的幾個依據(jù)得到的平均流速和設(shè)備測量表面流速進(jìn)行校核之后可以得到校正后的流速，然后利用垂線流速計算的理論依據(jù)和部分流量和斷面流量的理論依據(jù)就可以得到整個斷面的流量數(shù)據(jù)。
