电波流速仪流量自动在线监测装置设计与应用.pdf

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1、第46卷第1期人民长江V01．46．No．12015年1月YangtzeRiverJan．．2015文章编号：1001—4179(2015)O1—0061—04电波流速仪流量自动在线监测装置设计与应用景波云，陈向飞，王震，李冰，安保庆(南京南瑞集团公司，江苏南京2ll106)摘要：电波流速仪因其在测量过程中不受水情、含沙量及水面漂浮物的影响，因此近年来在水文部门得到了广泛应用。介绍了一种电波流速仪流量自动在线监测装置的设计方案，包括监测装置硬件和软件实现过程。将该装置应用于四川内江水文站实际测流工作，结果表明，使用电波

2、流速仪的自动在线监测装置测流结果可靠，有利于提高效率和降低成本。可推荐类似水文测站采用。关键词：电波流速仪；断面流量计算；比测率定；水文监测中图法分类号：P332文献标志码：ADOI：10．16232／j．cnki．1001—4179．2015．01．0l6河流流量监测是水文信息收集分析的重要组成部媒质(水体)运动速度及水体表面水力情况有关，与水分，它对水资源的调度分配、防洪减灾具有重要指导意中漂浮物无关。义。传统河流流量测验主要采用缆道挂载旋浆式流速应用电波流速仪测速时，波源与观察者处于静止仪或旋杯式流速仪测量流速，

3、人工记录数据，然后根据状态，水体相对运动，进而引起反射波的频率改变(电手工或者辅助软件计算断面流量，效率低下。ADCP波流速仪仅利用反射波)，频率改变量的大小与水体测流是目前较为先进的测流方式，它随着测量船运动，流动的相对速度有关。发射波频率与反射波频率的差可直接测出断面流速，具有采样频率高、测速范围大、值，就是多普勒频率，用数学公式表示为测验时间短等特点。但该方法成本较高，且采用的是V：2f(1)非在线测流方式，每次测验需要人工参与。oCOS0电波流速仪是一种远距离、无接触式水面流速仪，式中，=I厂0一I为多普勒频率

4、，为发射频率，测量过程中，因其不受水情、含沙量、杂草和水面漂浮为接收到的回波频率，=cA；c为电磁波在空气中物等影响，特别适用于水面漂浮物较多、水流湍急、含的传播速度；V为水面流速；A为发射波波长；0为发沙量较大等特殊水情下的水面流速测量，近年来在射波与水面方向夹角，由方位角与俯角构成。水文测验方面得到了广泛应用。本文介绍一种在线测由此可见，电波流速仪是一种水面流速仪，其施测流装置，系根据断面流速分布情况，选择几条具有代表到的流速仅为水面流速，而要将其用于流量测验还必性的断面垂线安装电波流速仪，定时测量垂线流速、水须确

5、定其水面流速系数，通过该系数将实测到的水面位，然后计算断面过水面积和流量，可实现河流流量无流速转换为垂线平均流速，进而计算断面流量。人值守定时测流监测。2总体结构设计1电波流速仪工作原理在线流量监测系统一般由电波流速仪、水位计、流电波流速仪是一种非接触式测速仪器，它基于多量监测装置、供电系统、GPRS远程通信模块、中心站普勒效应，利用电磁波在不同介质表面发生反射时，波数据平台等组成。如图1所示。其中，整个流量监测源、观察者、媒质之间发生相对运动而引起电磁波频率系统使用太阳能电池板加蓄电池供电，安装方便。流改变的原理制成

6、。在一定施测条件下，测量结果只与量监测装置通过RS485总线与水位计和电波流速仪收稿日期：2014—08—19作者简介：景波云，男，工程师，硕士，研究方向为自动检测技术。E—mail：jingboyun@sgepri．sgcc．eom．an第1期景波云，等：电波流速仪流量自动在线监测装置设计与应用63的垂线尽量涵盖中泓。挑选历史流量测验资料，选取高、中、低不同水位∽的测次，分析各垂线的流速分布情况。假设两条测速删垂线之间的流速是接近线性变化的，因此选取3个流撰速分布转折点部署3套电波流速仪。结合人工日常测H<验的测速垂

7、线选择，最后选择距起点32，44m和66In处进行设备安装(见图4)。图5流量拟合5．3关系线定线精度误差分析《水文资料整编规范SL247—1999}对定线精度提出了要求，即二类测站单一线法系统误差不超过±1％，随机不确定度不超过10％。根据规范要求，系统误差可以用相对误差的均值估算，计算方法为图4测流断面设备布置=(2)5．2比测率定∑N6。对试验站进行不定期测流，所得部分原始数据如a=(3)表1所示。其中，人工流量为采用流速仪法测得的流式中，为第i个测次人工测验流量与监测装置测验量，该测量成果可作为率定或校核其他测

8、流方法的标流量的相对误差；6为相对误差均值；Q为第i个测准；监测装置流量为电波流速仪未率定前根据表面波次人工测验的实测流量；Q为第i个测次监测装置测流速计算的流量，即表面波系数暂定为1，具体计算方验的计算流量；N为测验次数。法按照规范中断面流量公式计算得到。表1所示为将比测数据进行相对误差统计，得到结果如表2流量比测的原始数据。所