陣列式雷達波測流系統

一 河道測流概述

       河道流速流量測量是水文和水利工程中的重要內容,通過河道監測系統實時采集河道流速、流量、水位等數據,對于水資源管理、防洪減災、水利工程規劃以及水環境保護等方面具有重要意義。

       目前應用在寬河道、超寬河道(寬度大于20米)的河道測流系統中,通常有人工法測流、纜道測流、聲學多普勒法測流和陣列式雷達波測流法。每種測流方法都有其特點和優劣勢,但是需要滿足長期在線監測需求、不受惡劣天氣影響、考慮人員安全,且要求成本低、容易安裝維護方便、非接觸方式測量不受泥沙等影響,尤其適合汛期也能有效可靠測量的測流系統,陣列式雷達波測流無疑是最常用和被普遍認可的測流方式。


二 雷達測流

       雷達測流的基本原理是基于流速面積法,針對寬河道非標準斷面,采用陣列式雷達流量計測量。在斷面不同垂線處安裝雷達流速儀,斷面流量為一定時間內的流量=平均流速*水流截面積,通過雷達流速探頭可以獲取表面流速。根據雷達流速儀內置的流速模型,通過預先設定的斷面參數,將測得表面流速轉化為斷面平均流速;通過雷達水位探頭可以獲取水深,按照實測水位,雷達流量計結合斷面幾何參數,自動算出斷面面積,根據流速面積法公式,求得流量。系統包含兩類雷達探頭,一類測表面流速,另一類測水位,示意圖如下所示。


三 陣列式雷達測流系統特


四 系統組成及功能

       雷達流量監測站以無人值守、有人看管的管理模式建設。多臺流速儀通過RS485總線與雷達流量計連接,雷達流量計通過RS485接口與數據采集終端(RTU, Remote Terminal Unit)連接,RTU與遠端的監測平臺進行無線通信,實現水情信息的自動采集和遠程傳輸。雷達流量計整個監測站點與PC端調試軟件的接口,將雷達流量計與配套的PC端調試軟件連接,可對這個監測站點進行參數設置,包括各個測流分區的劃分以及各臺設備工作參數的設定。實際配置中還應根據監測點實際條件配置供電設備、避雷設備以及必要的安裝設施。 自動監測流量站設備組成結構參見下圖:

五 配置方案

       河道非接觸式流量監測,是在滿足測流精度要求的情況下,根據引水河道斷面情況,按照河道寬度,選擇不同的監測方案,采用一拖多測流方案,即1臺流量計+多臺流速儀測流,如下圖:



       采用此種陣列安裝方式,可以解決河流橫斷面流速不均勻、橫斷截面不規則帶來的流量監測數據偏差大的問題。陣列安裝方式根據河流斷面特點,綜合考慮河流河床高程分布以及全斷面流態分布,將整個流量監測斷面劃分為若干的測流分區,每個測流分區部署一臺流速儀,雷達流量計可部署于任何一個測流分區。這種安裝方式很大程度上降低了因自然河流斷面不規則、流速分布不均勻對流量測量造成的偏差。在施工方面,既有橋梁或架設纜道有成熟的工程經驗可以借鑒。因此建議采用陣列安裝方式對寬河道進行流量監測。

六 陣列式雷達系統測流軟件

       雷達流量計是整個監測站點的調試和通信接口。華聚科儀陣列式雷達系統測流軟件將雷達流量計與配套的PC端調試軟件連接,可對這個監測站點進行參數設置,包括各個測流分區的劃分以及各臺設備工作參數的設定。同時支持現場調試、參數設置、斷面導入與導出、實時測量數據查看、統計分析、權限管理等功能。

七 在線監控系統架構

        陣列式雷達測流系統由采集服務器通過數據采集軟件采集的水位/流速/流量監測系統進行分析處理,實現實時監控水流量的變化,各級監控中心(省、市、縣)通過GIS平臺綜合監控所有流量監測站點的水位、流速和流量情況,以達到流量監控預警的目的。

現場安裝注意事項與經驗分享

       選擇好合適的安裝點是保證設備正確、高效運行的重要前提。

       1. 安裝于順直、斷面相對規整、無漩渦、無回流的渠道或河道

       2. 避免陣列測流探頭方向正對大落差水流

        3. 避免安裝在閘前、或有暗流的蓄水池上方,這種場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穩定流速;避免安裝點位于涵洞出口,山口風道等容易起風的位置;避免安裝在有跌水的位置,且盡量逆流安裝。

應用案例

        1. 自然寬河道---陣列式多垂線雷達測流


        2. 灌區渠首陣列式多垂線雷達測流



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