電波流速儀在圍場站水文站流量測驗上的應用

艾建軍 艾建春

(河北省承德水文水資源勘測局，河北 承德067000)

1.1 測量原理

電波流速儀是利用多普勒效應，電磁波在不同介質表面發生反射時當波源、觀察者、媒質之間發生相對運動時，引起電磁波頻率改變的原理制成。在滿足施測條件下，只與媒質（水體）運動速度有關，且只與水體表面水力情況有關，也與水中漂浮物無關。

應用電波流速儀測速時，波源與觀察者不動，水體相對運動，引起反射波的頻率改變（電波流速儀僅利用反射波），改變量的大小，與水體流動的相對速度有關。發射波頻率與反射波頻率的差值，就是多普勒頻率。用數學公式表示為

電波流速儀發射波呈橢圓狀發散在水面，其橢圓形區域大小與測程、電磁波發射角有關，因此電波流速儀測量的水面流速是橢圓形區域的面平均流速，這與機械轉子式流速儀測量的原理是不一樣的，機械轉子式流速儀測得的是點平均流速。同樣，電波流速儀也與ADCP所得流速也不一樣，ADCP得到的是斷面或垂線流速分布，比電波流速儀更能反映水體各層的流速情況。

表1 電波流速儀主要技術指標

1.2 主要技術指標

2 電波流速儀的應用

2 009 年承德水文局給圍場水文站配置一臺斯德克電波流速儀，該儀器大大增強了水文站在流量測驗方面的工作效率，使得水文站測驗工作，擺脫了多年以來的人身安全隱患。圍場站水位暴漲暴落，斷面沖淤變化較大，尤其遇有較大洪水來時，水面上、下經常漂浮有大量樹木、雜草，流速儀入水后水草完將儀器纏繞住，使儀器轉子不能轉動，流速儀根本無法施測流速，通常情況下采用水面浮標法實測水面流速。而浮標法測流則需要四、五個人的相互完美的配合才能較好地完成一次流量測驗工作，對人員要求較高，稍有不注意，往往使得流速測量誤差產生較大。

有了電波流速儀后完全改變了上述流量測量時的種種弊病，該儀器具有數據自記記錄功能，可存儲10個流速數據；計時分辨率達到0.1秒，符合水文測驗規范；大屏幕LCD顯示器，可同時顯示瞬時流速、平均流速、測量歷時和回波強度，測流過程一目了然；該儀器采用高速多普勒DSP芯片處理水面回波，流速測量達到厘米級；擁有專門開發的智能水面回波分析算法，有效排除與水面流速無關的干擾信號，測量水面流速穩定可靠；具有加大微波發射功率，標準發射功率從10mw增加到50mw最大測程達到100米。

該儀器共有五個參數設置鍵。設置過程中可以用"RECALL/∧"鍵和"LIGHT/∨"鍵滾動瀏覽可選項。FLOW鍵：人工選擇待測流速的方向：連續按FLOW鍵，滾動顯示待測水流的方向：Inb(流入)、OUTb(流出)、AUTO(自動)。停止 3 秒鐘，設置自動生效；RECALL鍵為歷史數據查看；ANGLE鍵：水平角設置。如果站在岸邊，傳感器測到的速度是水流速度在雷達波束指向上的分量，需要進行cos修正。每按一次增加5度，最大可設置角度為60度；如果站在橋上，可以使雷達波束與流線平行，該值設為零。由于我站測驗段面設置在圍場縣城迎賓路的惠通大橋下75米處，故該值完全可以設置為零，在橋上進行測驗斷面上的水面流速測量，大大地避免和減少了一般性安全生產責任事故。

自從該儀器到達水文站后，領導多次組織站上人員進行實戰操練，與流速儀測量結果進行比較，誤差完全在水文測驗規范范圍以內，由完全不明白該儀器如何使用，達到能夠正確使用，遇有較大洪水完全能夠保證流量測驗正常完成，對此重新確定了測洪方案，為水文站嚴格執行測驗規范和任務書，控制完整的水文要素變化過程，杜絕漏測漏報，對提高報汛時效性和準確率，確保報汛質量起到了極大的促進作用。上級領導十分關心水文站的測驗工作，考慮水文站洪水多，測驗難度大，為水文站配置了先進的測驗設備，水文站的員工更加堅定了努力工作的信心。

結語。電波流速儀應用于圍場水文站，在實際測量中取得了較好的效果，測到了最大水面流速資料，其成果經分析合理可靠。同時，電波流速應用于復雜水域，也拓展了該儀器的應用范圍，為今后推廣應用該儀器提供了實例。

[1]朱德來.電波流速儀在郎溪水文站流量監測中的應用.蕪湖水文水資源局，期刊，江淮水利科技，2010-06-25.