阵列式雷达波测流系统

一 河道测流概述

       河道流速流量测量是水文和水利工程中的重要内容,通过河道监测系统实时采集河道流速、流量、水位等数据,对于水资源管理、防洪减灾、水利工程规划以及水环境保护等方面具有重要意义。

       目前应用在宽河道、超宽河道(宽度大于20米)的河道测流系统中,通常有人工法测流、缆道测流、声学多普勒法测流和阵列式雷达波测流法。每种测流方法都有其特点和优劣势,但是需要满足长期在线监测需求、不受恶劣天气影响、考虑人员安全,且要求成本低、容易安装维护方便、非接触方式测量不受泥沙等影响,尤其适合汛期也能有效可靠测量的测流系统,阵列式雷达波测流无疑是最常用和被普遍认可的测流方式。


二 雷达测流

       雷达测流的基本原理是基于流速面积法,针对宽河道非标准断面,采用阵列式雷达流量计测量。在断面不同垂线处安装雷达流速仪,断面流量为一定时间内的流量=平均流速*水流截面积,通过雷达流速探头可以获取表面流速。根据雷达流速仪内置的流速模型,通过预先设定的断面参数,将测得表面流速转化为断面平均流速;通过雷达水位探头可以获取水深,按照实测水位,雷达流量计结合断面几何参数,自动算出断面面积,根据流速面积法公式,求得流量。系统包含两类雷达探头,一类测表面流速,另一类测水位,示意图如下所示。


三 阵列式雷达测流系统特


四 系统组成及功能

       雷达流量监测站以无人值守、有人看管的管理模式建设。多台流速仪通过RS485总线与雷达流量计连接,雷达流量计通过RS485接口与数据采集终端(RTU, Remote Terminal Unit)连接,RTU与远端的监测平台进行无线通信,实现水情信息的自动采集和远程传输。雷达流量计整个监测站点与PC端调试软件的接口,将雷达流量计与配套的PC端调试软件连接,可对这个监测站点进行参数设置,包括各个测流分区的划分以及各台设备工作参数的设定。实际配置中还应根据监测点实际条件配置供电设备、避雷设备以及必要的安装设施。 自动监测流量站设备组成结构参见下图:

五 配置方案

       河道非接触式流量监测,是在满足测流精度要求的情况下,根据引水河道断面情况,按照河道宽度,选择不同的监测方案,采用一拖多测流方案,即1台流量计+多台流速仪测流,如下图:



       采用此种阵列安装方式,可以解决河流横断面流速不均匀、横断截面不规则带来的流量监测数据偏差大的问题。阵列安装方式根据河流断面特点,综合考虑河流河床高程分布以及全断面流态分布,将整个流量监测断面划分为若干的测流分区,每个测流分区部署一台流速仪,雷达流量计可部署于任何一个测流分区。这种安装方式很大程度上降低了因自然河流断面不规则、流速分布不均匀对流量测量造成的偏差。在施工方面,既有桥梁或架设缆道有成熟的工程经验可以借鉴。因此建议采用阵列安装方式对宽河道进行流量监测。

六 阵列式雷达系统测流软件

       雷达流量计是整个监测站点的调试和通信接口。华聚科仪阵列式雷达系统测流软件将雷达流量计与配套的PC端调试软件连接,可对这个监测站点进行参数设置,包括各个测流分区的划分以及各台设备工作参数的设定。同时支持现场调试、参数设置、断面导入与导出、实时测量数据查看、统计分析、权限管理等功能。

七 在线监控系统架构

        阵列式雷达测流系统由采集服务器通过数据采集软件采集的水位/流速/流量监测系统进行分析处理,实现实时监控水流量的变化,各级监控中心(省、市、县)通过GIS平台综合监控所有流量监测站点的水位、流速和流量情况,以达到流量监控预警的目的。

现场安装注意事项与经验分享

       选择好合适的安装点是保证设备正确、高效运行的重要前提。

       1. 安装于顺直、断面相对规整、无漩涡、无回流的渠道或河道

       2. 避免阵列测流探头方向正对大落差水流

        3. 避免安装在闸前、或有暗流的蓄水池上方,这种场景的典型特征是水位降低,但是水面下的暗流不能引起表面稳定流速;避免安装点位于涵洞出口,山口风道等容易起风的位置;避免安装在有跌水的位置,且尽量逆流安装。

应用案例

        1. 自然宽河道---阵列式多垂线雷达测流


        2. 灌区渠首阵列式多垂线雷达测流



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