河道傳統(tǒng)測量如何改進方案？

時間：2021-12-14作者：深圳市圣凱安科技有限公司瀏覽：38

河道傳統(tǒng)測量如何改進方案？
一、 方案概述
1.1方案背景
流量資料具有較為重要的作用，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容。每年需要耗費大量的人力物力去完成測驗任務。為了減輕流量測驗工作量，長期以來，水文工作者都在尋找減少流量測驗次數的方法。
常用的方法有：采用纜道測流或者走航測驗等技術測流；研發(fā)給予水力學、水文學模型的水位推算流量的方法以實現水位推算流量方法；利用旋槳式流速儀對斷面多個點進行測流。
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，且需要耗費水文工作人員大量的時間。
現提出一種陣列式雷達流速儀，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，放置一臺雷達水位計，供電采用**供電或者太陽能供電，利用遙測終端機對數據進行匯總。
雷達流速儀：用于非接觸測量水表面的流速。
雷達水位計：用于測量橋下河道的水位。
遙測終端機：讀取多臺雷達流速儀和1臺水位的數據并且將這些數據進行匯總按照速度面積法計算過整個過流斷面的面積。
1.3雷達流速儀的測量原理：
雷達流速儀流速測量基于多普勒效應，探頭斜向下發(fā)出一束雷達波，雷達波在照射到水體表面反射，由于多普勒效應，發(fā)出去和雷達波和接收到的雷達波會產生多普勒頻移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：
利用雷達流速儀測量流速V，利用雷達水位計測量水位H，預先在控制器設置的斷面參數，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。
1.5雷達流速儀的安裝示意圖：



雷達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**雷達信號，反射回來的信號會被傳感器接收，并通過分析計算轉換為表面平均流速。
二、主要設備參數
2.1雷達流速儀：



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℃
相關濕度
95%RH
通信接口
RS485
防護等級
IP66
天線頻率
24GHz
波束角
12X25°
2.2雷達水位計



技術參數
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



支持流速、水位換算流量。
配套上位機軟件可設置渠道、管道類型參數等。
支持GPRS/GSM流量數據遠程傳輸功能。
支持同時向多個站點發(fā)送報文。
支持多種工作模式（包括自報模式、查詢、應答式、兼容式等）。
內置大容量存儲空間、支持USB本地數據導出功能。
支持遠程升級、配置、維護。
工作溫度：-10~60℃。
配套上位機軟件。
三、軟件平臺和功能
遙測終端機每5分鐘（可根據情況設定）采集底層傳感器的數據，并將其發(fā)送至相應的服務器，通過數據查看平臺可以實現實時數據的查看、歷史報表、歷史圖形、導出excle等。



四、流量計算依據
依據GB50179-2015河流流量測驗規(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而計算出各分割斷面的流量進而求和得到其累計流量。
部分流量和斷面流量的理論依據：



垂線流速計算的理論依據：



由于雷達流速儀是采用非接觸式多普勒效應測流速，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過校核過的流速儀進行校核得到校正系數。

垂線流速校核的點數選擇：



垂線上測點流速的分布：



垂線上平均流速的計算方式：



通過上面的幾個依據得到的平均流速和設備測量表面流速進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和部分流量和斷面流量的理論依據就可以得到整個斷面的流量數據。


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