黄河水利委员会中游水文水资源局 山西晋中 030600
摘要：水文监测作为黄河治理的主要方式和手段，具有十分重要的意义。黄河流域已建成覆盖黄河大部分地区和区域的水文监测站网系统，对黄河的安全和沿岸的稳定发展起着重要作用。近年来，电波流速仪在水文监测中得到了越来越广泛的应用。本文进行了电波流速仪在黄河水文监测中的运用测量实验，特别适用于测量区域流量特性，在恶劣天气条件下仍可使用电波流速仪。
关键词：黄河；水文监测；电波流速仪
黄河流域面积很大，我国许多省市都得到了黄河的滋养。但在中国漫长的发展史上，每一次黄河决堤都给国家和人民带来了巨大的损失。因此，我国将黄河水文监测作为一项重要任务。近年来，经过水利水文技术人员的不懈努力，水利部门获得了丰富详细的黄河水文监测资料，相关监测技术也得到了长足的发展。特别是以电波流速仪为代表的监测技术，在提高监测精度的基础上，解决了传统监测存在的问题[1]。因此，深入研究电波流速仪在黄河水文监测中的应用，对今后黄河水资源管理具有重要意义。
一、电波流速仪应用意义
随着技术的不断发展，黄河水文监测技术逐渐从人工监测向智能化、数字化方向发展，并与卫星通信等先进技术相结合。电波流速仪技术在黄河水文监测中具有明显的优势，它不受黄河高含沙量和流量计的影响，而且这项技术在恶劣天气下运行相对良好[2]。水流量是水文监测中最重要的数据之一，长期以来，悬浮流速仪在我国许多水文站都得到了应用，但对于流速快、含沙量高、水中未知物质量大的黄河来说，悬浮流速仪难以进行测量，浮标难以准确定位。先进的电波流速仪具有遥控远距离、无直接接触等特点，利用它可以方便地获得水面流速，得到黄河的流量数据。电波流速仪不受沙子含量和水中杂质的影响，操作简单、安全、数据获取方便。因此，电波流速仪在黄河水文监测中的应用具有极大的现实意义。
二、电波流速仪测量原理及技术指标
（一）测量原理
多普勒效应是电波流速仪的主要应用原理，当电流计、介质和波源出现相对运动状态时，仪器释放的电磁波在不同的速度面上会有不同的反馈反射，仪器接收到的电磁波频率也会有明显的差异[3]。如果实验条件能够满足实际要求，就可以发现电磁波的变化只与水流流速有密切关系，只与河流的表面条件有关。因此，能消除水中沉积物和漂浮物对测量的影响。
如果测点与波源的相对位置没有变化，只有水流相对运动。在这种情况下，反射波的频率就会发生变化。同时，由于电波流速仪只能使用反射波的相关数据，水流读数会直接影响反馈数据的大小，通过计算传输波的频率与反馈频率的差值，就可以得到多普勒频率。
在水面上，电波流速仪发出的波会以发散的形式形成一个椭圆区域。因此，我们可以知道用电波流速仪测得的速度是这个椭圆区域的平均速度。可以看出，与传统的流量计测量相比，电波流速仪测量思路完全不同，传统的测量方法只能反映点平均流速值，而电波流速仪能反应区域平均流速值。
（二）技术指标
目前，美国卡托电子公司生产的电波流速仪是黄河水文监测的主要设备。仪器类型为读欧威SVR-VP，该仪器可测量速度为0.2m/s—14m/s水流，最大有效距离为250米，发射角为13度，电波频率为26GHz。
三、电波流速仪在黄河水文监测中的实验
（一）测站概况
高村位于东明县城以北约6km处，毗邻亚洲最长的大桥—东明县黄河公路大桥，北靠东明县黄河公路大桥，西靠黄河大堤，临近河南省濮阳县，是黄河入鲁以来的第一个黄河水文监测站。村子有三千人和179公顷的可耕地。黄河高村站非常重要，位于测试段的末端，主要测试黄河下游。该段距离河口580.1公里，集水区面积为723146平方公里。水表部分的测量点间距为4米。
（二）检测目的
从2015年5月开始，为了测试黄河应用电波流速仪的具体效果，最终获得了该站电波流速仪的水面修正系数，并在高村水电站进行了三个月的水位测量，用电波流速仪测量了60次的水表面速度系数数据。
（三）测量方案
水流横向流速是电波流速仪的主要测量对象，因此需要从台站开始测量河道的横向流速[4]。同时，需要确保每次测量的角度稳定在25°，平均垂直速度记录1分钟的间隔。此外，根据实际水位情况测定1.5m—7.0m的流速数据，然后计算垂线平均流速。
（四）测量方法
在实际测量过程中，必须沿水道设置电波流速仪，并保证其与水道横截面保持垂直关系。在测量过程中，需要控制水平角度为0°，如果变化范围小于10°，测量结果不会受到显著影响[5]。在测量中，不仅需要确保电波流速仪的角度符合有关要求，还需要设置电磁流量计相对于仪器的位置。同时，为了提高测量精度，必须保证电波流速仪能够完成以截面流速测量为代表的相关工作。由于电波流速仪与表面高度存在差异，需要控制电波流速仪的垂直速度角，并进行相应的测量。
（五）比测方法
电波流速仪垂直水流速度方向测量时，控制相对角度非常重要，而且流量计的接口必须与测量截面保持重合[6]。通过对实验结果的分析，我们发现用流速仪的截面分布与用电波流速仪测量的截面分布相似。通过对两次测量结果的计算，并参照实测断面的实际面积，我们发现通过计算电波流速仪的相关测量数据，并将流速仪的实测值与虚拟流量进行比较，可以建立一定的现行关系，从而得到所在站的实际检测系数。
（六）实验结论分析
本实验属于随机不确定性实验，具体采用偏离数字检验、符号检验等统计分析方法，发现通过使用电波流速仪，可以获得满足水文测量要求的实测数据，其测量精度较高，可达到一定的精度水平。因此，电波流速仪的使用能够满足黄河水文调查的相关要求，真正适应黄河水域复杂的水文环境，也能为黄河流域水文水资源研究提供高水平的技术资料。
四、未来在黄河水文监测中运用电波流速仪的趋势
电波流速仪在黄河水文监测中的应用趋势将朝着轻量化、智能化的设备方向发展，即技术人员可以随身携带相应的监测设备，以降低设备运输带来的成本。同时，智能化测量设备可以更快速、更准确地处理和分析数据，从而简化黄河水文测量过程，提高测量的效率和质量。电波流速仪发展趋势也为水文监测网络的建设创造了有利条件，在今后的水文监测工作中，将逐步实现水文监测设备功能的多样化，从而形成一个高度集成的水文监测系统。
结束语：
总而言之，在黄河水文监测中应用电波流速仪，能够为黄河水文监测创造有利的条件。因此，未来无论是在黄河流域还是其他流域进行水文调查，都可以积极引进电波流速仪作为测量仪器。同时，作为相关技术人员需要积极研究各种技术设备的工作原理，对测量设备进行技术比对，创新和优化测量技术，解决设备本身存在的缺陷，从而提高测量精度，这可以促进我国水文监测技术的发展。
参考文献：
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[2]许春生.手持电波流速仪在洪水流量测验中的应用与分析[J].黑龙江科学,2016(8):40-41.
[3]郑应成.手持式电波流速仪在中小河流巡测中的可行性研究[J].水利信息化,2013(2):44-47.
[4]李光录,王秀莲.电波流速仪在青海三江源区水文监测中的应用[J].人民长江,2010(14):48-50.
[5]朱德来.电波流速仪在郎溪水文站流量监测中的应用[J].江淮水利科技,2010(3):31,44.
[6]温润锋.电波流速仪流量测验的规范应用及质量控制[J].广西水利水电,2019,(5):13-16,22.