山东水文水资源局 山东济南 250100
摘要：微波测流仪是水文测站应用较多的新型测速仪器，仪器采用远距离非接触方法测量水面流速。微波测流仪的推广应用要经过比测试验，进行可靠性检验和精度分析，研究比测方法和检验要求是一项很重要的工作。正确的比测方法使比测工作量减少，工作效率提高，加快仪器的投产使用。外业情况复杂，有时会测得非常准确的数据，也有非常严重的误差。需要研究正确处理的办法。在软件处理上，我们可以剔除突出的数据，这与任意抛弃数据是不同的。
关键词：微波测流；比测；方法；研究
1 问题的提出
微波测流仪的功能为我们的流速测量带来很大方便。不接触水体，获得水面流速；不需要准备任何物资，可以连续快速的进行流速测量。微波测流仪测验是浮标测验的一次革命。《河流流量测验规范》规定：“水面浮标系数的试验，关系曲线不应过多外延。并应逐年积累资料，增大比测试验的水位变幅。高水部分应包括不同水位和风向、风力（速）等情况的试验资料，试验次数应大于20次”。很多地方的试验资料要求达到30次以上。因为微波测流仪测得的是水面流速，又是准备替代浮标的，因此我们很容易把它和浮标联系起来，试验的方法也采用浮标系数率定的方法。我们知道，浮标系数的率定经过许多年漫长的历史，开展了几十年。如果像浮标试验那样，每个流量级至少试验20次，中小水容易完成试验，较大洪水，很多年难遇一次，很难完成试验工作。真正出现洪水需要微波测流仪时，我们又没有比测资料出来，仪器不能推广应用。这是我们仪器比测工作应该考虑的问题。
2 微波测流仪介绍
（1）微波发射方式采用圆极化方式；微波波长采用毫米波，多普勒频移大，回波信号强；
（2）多种软件滤波及频谱分析处理，测量数据受测量环境影响小；
（3）俯角采用倾角传感器自动测量，消除安装、操作带来的角度误差；
（4）计算机实时接收测量数据，设置微波测流仪工作参数，实时绘制流速曲线图，分析断面流速-流量关系曲线并计算流量；
（5）计算机实时存储测量数据，并可下载微波测流仪中的固态数据，自动生成各种报汛报表，打印各种报表和曲线图。
3 目前微波测流仪比测试验方法
目前，微波测流仪的比测方法多采用类似于浮标试验的全断面比较方法，即采用流速仪进行断面流量测量，计算出断面流量结果，该结果作为断面流量的真值。微波测流仪测得断面选定起点距（一般和流速仪测流垂线重合）的水面流速，该水面流速作为垂线虚流速，按照断面起点距、水深计算断面流量作为断面虚流量，断面流量真值除以断面虚流量作为微波系数。目前的比测试验方法可谓“推算断面平均水面流速系数”，
4 当前微波测流仪比测存在问题
4.1 试验的目标
微波测流仪试验的目标就是达到测站流速测验使用。什么时候测站把它作为常规仪器使用了，我们的目的就达到了，目标就实现了。
微波测流仪是个好仪器。使用微波测流仪，一般2个人就够了，一个人测流，一个人记录。如果是缆道站，采用无线型号的微波测流仪，一个人连操作缆道、测量、记录计算都干了。可以说微波测流仪是会受到测站欢迎的，应采取措施加快这一目标的实现。
4.2 试验的任务
微波测流仪试验的任务我们应该认真研究，什么是我们应该试验的，什么不是我们的试验任务。有些试验是应该做的，但不应该由我们做。有些试验是应该做的，但我们可能没有能力做。有些试验是应该做的，但必须由很严格的要求。试验工作不同于我们的日常测验，试验资料是要进行统计分析的，试验资料有限，错一个数可能就影响到成果的结论，影响到工作的成败。
微波测流仪试验的任务包括：
（1）仪器对环境的适应
仪器对环境的适应性是仪器可能投入应用的前提。微波测流仪多在偏僻的河道上使用，受其他干扰信号的影响较小，对干扰信号的影响应该不存在。其他方面如狂风、暴雨、雷电等多发地区是否适用，应该怎样应对防范是要总结研究的问题。
（2）仪器安装与操作
微波测流仪虽然手持也可测量，但为了保证测量精度往往需要安装在其它平台上，安装高度、安装角度、平台的稳定性等对测量均有影响。可以根据自己的情况选择最合适的安装及操作方法。
（3）仪器观测数据检验
仪器数据检验是检查仪器性能的重要工作。不管仪器介绍的怎么好，其结果必须是我们应该得到的结果。但这项工作必须在较好的条件下来完成，必须保证我们用作真值的数据的正确，而不是测出一个数据就行了。洪水时期进行精度试验大部分情况下是徒劳无功的，但洪水时期进行能力试验还是应该的。
（4）特殊情况与处理方法
水文外业的情况是复杂的，不能以理想的认识去处理复杂的问题。譬如我们室内有时想象的水流表面是平整的，事实上是有波浪，有比降，有顺流，有逆流。我们不能看到问题就认为有错误，应该认真查找一下原因，寻求处理的方法。
5 微波测流仪有关问题的研究
5.1 仪器比测试验的技术能力与方法问题
比测试验是科技创新成果推广应用必须经过的一个关隘，比测试验的结果决定科技创新成果能否推广应用。比测试验目前主要存在三个问题，即试验人员资格问题、比测真实性问题、比测的方法问题。
（1）比测人员的能力问题
仪器比测试验是一项积方法和技巧为一体的高水平技术工作，试验人员的工作能力往往对比测结果有决定作用。比测试验不像我们平时的工作即便有点误差也没有太多的影响。比测工作的观测数据是要进行误差统计分析的，是要进行精度评定的，统计误差超出要求，仪器可能就没法使用。因此，为了真实反映仪器性能，涉及比测试验的主要人员应该组织专门的培训。进行比测试验必须由专业的机构来组织，由较高比测技术及比测经验的人员来完成，比测的方法应该组织专家来审定，比测现场应该有专家进行检查和指导。
（2）比测试验的真实性问题
比测试验的真实性这里是指比测的结果是否是科技创新成果的真实特性。在以往的皮囊试验中我们就犯了一个自始至终的错误，在测定进口流速系数时，在岸上用控制电池的开关纪录皮囊取样的时间，开关打开时开始计时，开关关闭停止计时。用取样容积除以这个历时得到进口流速。理论上这个方法没有错误，可事实上，岸上开关打开时，水下控制皮囊取样的开关不一定打开，仪器等于没有工作；岸上开关关闭时，水下控制皮囊取样的开关不一定关闭，仪器可能继续在采样。可以说，当时关于流速系数试验的成果都是有问题的。在微波测流仪试验过程中，也要注意这方面的问题，要保证试验结果的真实性。
（3）比测试验的方法问题
比测试验的方法是比测试验成功的保证。比测试验的方法不正确可能得不出正确的比测结果，或不能及时的得出比测结果。我们目前正在开展的“微波测流仪”的比测试验也是需要商讨的，该种试验方法不能得到及时的成果。
“微波测流仪”是一种观测水面流速的仪器，由于观测水面流速的特点使我们很自然的想到了浮标，想到了浮标的比测试验。浮标试验的方法是利用浮标观测断面水面流速，利用测深仪器设备观测断面水深，计算断面“虚流量”；同时利用其他测速仪器观测断面流速，计算“断面流量”。“断面流量”与“虚流量”的比值为浮标系数。通过很多次的试验结果进行规律分析，得出各种条件的浮标系数。
目前的“微波测流仪”也是沿用了浮标的比测方法。
浮标和“微波测流仪”都是观测水面流速的仪器，我们只需比测其测得流速与流速真值的关系，流速真值可用其他精度较高的仪器来观测。对浮标来说，当浮标流经断面某一起点距后，可以快速将测速仪器在该起点距观测，分析浮标测速和流速真值的关系。对“微波测流仪”来说，可以让“微波测流仪”和其他测速仪器在断面某一起点距同时观测，分析“微波测流仪”流速与流速真值的关系。至于计算断面流量，可以通过水面流速系数计算垂线平均，进而计算断面流量。水面流速系数我们每站都积累了几十年的大量资料，多数已有分析成果。这样一来，变以断面为单元的试验为以垂线为单元的试验，浮标及“微波测流仪”的比测工作都变得简单和容易实现。原来完成浮标试验需要许多年，现在可以几天、几个月就可完成，投入使用。
5.2 微波测流仪的精度试验问题
首先说，我们该不该每个站都进行微波测流仪精度试验的问题。我认为我们不应该进行这样试验，一个区域选一个站试验就行了，没必要每站都搞。微波测流仪测的是水面流速，与水体内部的成分无关，只要安装合理，操作正确，能反射回信号，说明仪器满足使用的基本条件。通过一部分水面流速对比观测，仪器不存在较大偏差，就应该决定仪器的使用了。如果仪器能行，几个点就把他检验了；如果仪器不行，试验再多次也没有。我们做的工作是在研发单位试验成功后的检验，不是研发仪器。那样的话，我们就像有些地方的养“童养媳”，需要花费很大代价才能成功的。我们检验仪器的功能是测速，只要把流速测量的精度试验了就行了。至于流量计算，基本是软件方面的事情。软件方面的检验不必要混杂与流量测验中。
作为基层测站，我们要做的工作就是检验仪器能不能用，而不是试验仪器的精度。仪器精度试验应该是仪器研究开发单位或专业部门的事情，因为他们熟悉仪器原理，能够采用比较科学的试验方法，往往有技术高超的试验人员，容易获得真实的精度成果。
5.3 微波测流仪比测方法问题
目前，微波测流仪的比测方法可谓“断面流量系数法”，即进行断面流量进行比较。将流速仪测量计算的断面流量作真值除以微波测流仪测量计算的断面虚流量得出断面流量系数（微波系数），即公式（5） 。
如果每条垂线的微波系数为 ，则断面虚流量（Qw）计算如下：
目前的计算方法是在公式（6）的基础上假设了条件简化过来的，其计算结果是存在误差的。既然如此，我们就没有必要让计算结果由准确变成不准确。
从公式（6）出发，可以让比测工作由以断面为单元的试验变成由垂线为单元比测的试验。
5.4 微波测流仪比测方法的精度问题
微波测流仪比测必须采用较高精度的比测方法，我们目前比测的方法多为流量常测法，常测法的测验精度在作为仪器比测时还是偏低的，开展比测工作时应该清醒的认识，否则，力出了，苦下了，时间耽误了。当采用单点比测时，就不再存在常测法和精测法之说，我们只需想法保证单点的测验精度就够了。
5.5 微波测流仪数值代表性问题
微波测流仪有时会测得非常准确的数据，也有非常严重的误差。说它非常准确是从它测量的数值本身来说的，他确确实实是客观存在的事实，但它不是我们应要的数据。我们在洪水时可以看到，有些波浪总体是向前流动的，但总会有一部分向后翻卷，如果测到的是这部分很小的特殊水体部分，流速会很小，我们会认为是仪器测量错误。实际上，仪器测得数据是正确的，但它没有代表性。如果说静止的水库有流速，你可能不相信，拿流速仪去测，测不出流速。但有流速这是事实。我们的心里长期形成了时段流速的概念，对瞬时流速忽视了。水体的振动就是水流的流动，用我们的普通流速仪测不出来，用ADCP就能测出来。在软件处理上，我们可以剔除突出的数据，这与任意抛弃数据是不同的。
5.6 风力对水面流速系数的影响问题
风力对水面流速系数的影响一般分顺河风和逆河风，顺河风将使水面流速增大，逆河风将使水面流速减小。顺风时的微波系数大于逆风时的微波系数。
本来顺风时的水面流速增大，测得的虚流量应该大，微波系数应该小才对，为什么出现这种情况，还需要今后研究。
6 结论与建议
（1）微波测流仪是一种新型流速测验仪器，仪器采用远距离非接触方法测量水面流速，测量时不受水中含沙量、漂浮物等影响。使用微波测流仪不需要准备任何物资，可以连续快速的进行流速测量，微波测流仪应用后可以说是浮标测验的一次革命。
（2）微波测流仪试验的目标就是达到测站流速测验时正常使用。微波测流仪可以节约费用开支，提高工作效率，减少测量人员，很受测站欢迎，应采取措施加快这一目标的实现。
（3）微波测流仪试验的重点应该是仪器对环境的适应、仪器安装与操作及仪器观测数据检验。其中仪器对环境的适应性是仪器可能投入应用的前提，仪器安装与操作是仪器应用的关键环节，仪器观测数据检验是仪器投产的最后门票。
（4）我们该不该每个站都进行微波测流仪精度试验，这个问题应该认真讨论。规范规定了新仪器的比测试验，但并没说每个站都要试验。如果需要，也只需一个区域选一个站试验就行了，没必要每站都搞。选择代表站重点组织，重点试验，发挥精兵强将的作用将会取得更好的试验效果。
（5）微波测流仪实际是以测速为基础的仪器，我们比测试验的重点应放在测速部分。我们第一步需要比测它的测速，测速就是要一个点、一个点的对比。加入了垂线或断面后，本来垂线平均与水面流速的关系就不是很好，断面上的关系将更差，这些本来与仪器的性能无关，不应该把本不属于仪器的问题强加到仪器上。
（6）微波测流仪断面虚流量计算的准确公式应该是从垂线开始，以断面为单元的比测实际是以前技术落后情况下的无奈之举，在简化过程中加入了一些假定。这些假定将使成果产生误差。比测试验由以断面为单元的试验变成以垂线为单元比测的试验。这种改变将使比测工作量减少，工作效率提高，加快仪器的投产使用。
（7）微波测流仪比测必须采用较高精度的比测方法，我们目前比测的方法多为流量常测法，常测法的测验精度在作为仪器比测时还是偏低的。应考虑采用单点比测的方法，当采用单点比测时，很容易保证比测试验的精度。
参考文献：
[1]水利部.河流流量测验规范.北京：中国计划出版社.1992年.第8-9页.
作者简介：
李宪景（1962－），男，河南濮阳人，高级工程师，主要从事水文测验技术研究。