电波流速仪在明渠截流水文监测中的应用201392659595174.docVIP

电波流速仪在明渠截流水文监测中的应用 1????????概述 电波流速仪测量水面流速，通过水面流速系数的换算达到测量河流流量的目的，已在具备电波流速仪环境条件的（如桥梁、缆道吊箱等）小河流水文站使用。该仪器采用无接触测流，不受含沙量、漂浮物影响，具有操作安全，测量时间短，速度快等优点。 三峡工程明渠截流龙口水流条件复杂，能否应用电波流速仪监测龙口流速，没有成功的经验。为此，在充分调研仪器性能的同时，还在截流现场比测试验，论证仪器的适用性，并成功在应用于截流龙口的流速监测。本文简要介绍电波速流仪的测量原理、主要技术指标、比测试验及在截流龙口流速监测的应用效果。 2??电波流速仪的测量原理及技术指标 2.1测量原理 电波流速仪是利用多普勒效应，电磁波在不同介质表面发生反射时当波源、观察者、媒质之间发生相对运动时，引起电磁波频率改变的原理制成。在满足施测条件下，只与媒质（水体）运动速度有关，且只与水体表面水力情况有关，也与水中漂浮物无关。 应用电波流速仪测速时，波源与观察者不动，水体相对运动，引起反射波的频率改变（电波流速仪仅利用反射波），改变量的大小，与水体流动的相对速度有关。发射波频率与反射波频率的差值，就是多普勒频率。用数学公式表示为： ……………………………………（1） 式中，，，。?为多普勒频率，??为发射频率，为接收到的回波频率，为电磁波在空气中的传播速度，为水面流速，?为发射波波长，为发射波与水面方向夹角，由方位角与俯角构成。 电波流速仪发射波呈椭圆状发散在水面，其椭圆形区域大小与测程、电磁波发射角有关，因此电波流速仪测量的水面流速是椭圆形区域的面平均流速，这与机械转子式流速仪测量的原理是不一样的，机械转子式流速仪测得的是点平均流速。同样，电波流速仪也与ADCP所得流速也不一样，ADCP得到的是断面或垂线流速分布，比电波流速仪更能反映水体各层的流速情况。 3??仪器比测试验及分析 3.1比测试验情况??????????????????????? 2002年8月20日，分别在三峡工程黄陵庙水文站和导流明渠进出口（即三期截流上、下龙口处）现场比测，其中在黄陵庙水文站用旋浆式流速仪（LS25-3A）对比试验，由于导流明渠流速大未能用流速仪对比试验，但进行了同流量级的水面流速流向观测，可用作电波流速仪的对比资料，以验证电波流速仪的适应性。 3.2比测成果分析 ????（1）测速稳定性分析 对同一测点多次测验流速值，两种仪器均很稳定，一般绝对误差在0.1m/s以内。由于SVR-VP是手持测量，探头的微动会导致测验结果的变化，所以流速值变化稍大。另外水面流速也是有脉动的，多次测量值出现一定的波动是正常的。 （2）与LS25-3A流速仪的对比 在黄陵庙水文站与LS25-3A流速仪对比测验表明，两种电波流速仪所测误差很小。 （3）与浮标法水面流速的对比 利用导流明渠水面流速流向图，对比电波流速仪的流速变化情况，总体上说其变化的趋势是好的，由于流态图中被测点处没有浮标迹线，只是大致的估计值，因此不能作为对比分析电波流速仪精度的真值。 从这些比测数据的对比情况看，电波流速仪的误差与水平角和垂直角（俯角）、测程有关，这与黄委会水文局已有比测资料和成果是一致的。 3.3仪器比测结论? 从比测资料分析，SVR-VP型和LD15-1型电波流速仪在一定使用条件下，可以取得满意的成果。两种仪器分别在明渠实测到7.2m/s和5.93m/s的水面流速，可满足明渠截流设计的最大流速测量需要。 根据现场比测和黄委会水文局的应用经验，LD15-1型电波流速仪的俯角取值不宜小于30°、大于45°，水平角取值不宜大于45°，否则将产生大的偏差。对SVR-VP，其使用说明书中规定水平角和垂直角最佳取值为0°至45°。可见SVR-VP比LD15-1使用范围更大一些。 4??电波流速仪在龙口流速监测中的应用 4.1龙口流速监测方案的选择 三峡三期截流下龙口流速测验，按《三峡三期明渠截流水文监测方案》要求，在形成龙口前（即口门宽140m前）采用走航式ADCP监测口门纵横断面流速分析。当龙口缩窄至100m～80m时，测船无法进入龙口测验，此时即采用电波流速仪施测龙口水面流速。 由于电波流速仪仅测水面流速，实际应用时应与ADCP等流速仪有一个重合的观测时期，以使不同仪器施测流速时保持资料的一致性。初步确定，至少从口门宽200m开始，电波速仪与ADCP同步监测下口门流速。 4.2电波流速仪测站点的布设 以电波流速仪探头为圆心，建立空间坐标系，根据实测水平角和俯角，计算出被测点（实际为电波流速仪电波发射在水面的椭圆形区域的中心点）。计算时测点高程、仪器高及水位均为已知值。被测点平面坐标计算公式如下，并设沿水流方向为轴，沿横断面方向为轴： ……………………（2） ……………………（