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电波流速仪在黄河水文监测中的应用研究

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：王少东张昕頔

[导读] 摘要：黄河水文监测工作是监管黄河水质的主要方式。

        黄委中游水文水资源局
        摘要：黄河水文监测工作是监管黄河水质的主要方式。目前，我国黄河沿线流域已经建成水文监测网络，并且水文监测布局合理，能够保证黄河流域的安全、稳定。随着我国科学技术水平的不断提高，促使越来越多的精密仪器被应用在黄河水文监测工作中，能够保证水文监测数据的精准性，从而对黄河流域的可持续发展起到了积极的推动作用。本文针对电波流速仪在黄河水文监测中的应用进行简要分析。
        关键词：黄河水文；科学技术；水文监测
        引言
        黄河被称作中华民族的母亲河，其更是华夏文明的发源地。同时，黄河也是中国的第二大河流，是我国北方地区的重要水资源供给地，对我国的经济发展、社会发展起到了重要的影响作用，并且在发展过程中占据重要的战略地位。因此，我国只有做好黄河流域的水文监测工作，才能够保证我国黄河流域水文的可持续性发展.同时，黄河流域的水文监测工作也是我国进行黄河治理、开发的重要环节。要想治理好黄河，就需要建立健全、高质量的水文监测体系以及水文监测报告体系，并将水文监测工作作为黄河流域治理工作的支撑点，不断的完善水文监测网络系统，从而促进我国社会的发展以及经济的发展。
        一、黄河水文监测的背景
        19世纪初，科学技术被逐步应用在黄河流域的水文监测工作中。由于黄河流域沿线的地形、地质都较为复杂，经常会发生暴雨，以及产生严重的河道淤积等诸多特殊情况，从而为黄河水文监测工作、泥沙监测工作的开展带来工作难度，使得其他河流水文监测方法和监测仪器无法应用在黄河水文监测工作中。
        在黄河水文监测工作中，传统的监测方式是需要人工进行操作，采用直尺进行黄河水位的观测；当进行黄河水深测量工作时，主要采用测杆、测绳进行水深测量，并且做好测量标记；当进行黄河水流量测量工作时，部分都采用秒表、流速仪、电铃等测量工具；而在水文测量工作中，需要人工填写水文检测记录，以及需要人工进行黄河水流量的计算。由于在黄河治理中采用自动化监测技术较少，从而导致黄河治理工作中出现人工数量多、劳动强度大、高危险性等诸多问题，继而降低了黄河水文监测数据的准确性，甚至会产生较大的数据误差。
        主要从两个方面来解决黄河河床高、水质污染严重等问题：一方面，要建立健全的数据监测体系；另一方面，要建设全方位、数字化的水文监测网络。在进行黄河水资源的统一管理时，传统的水文监测方法、监测设备、监测技术已经无法满足目前黄河流域的水文监测工作。因此，为了更好的解决黄河流域的治理工作以及开发工作，就需要有先进的水文监测技术，以及精准的水文监测设备。
        二、科学技术对黄河水文监测工作的影响
        （一）水文监测设备对数据精确度的影响
        我国社会和经济的发展推动了科学技术水平的提高，从而使科学技术渗入了人们的日常生活。与此同时，科学技术的发展也推动了黄河水文监测工作的进程，在黄河流域沿线建设了科学、合理的水文监测体系，从而使黄河流域的水文监测工作趋于数字化监测。
        黄河流域的下游段管理工作中存在诸多问题，如水源的调度问题、引水问题等，如果统一管理这些问题，就需要更高的水文监测要求。水文资料的准确性直接影响实际水量的合理性调节，因此，在保证水文监测数据准确性的同时，也需要关注影响水文监测精确度的因素，如水域的低潮期，由于水流量和水流速较低以及水流偏角较大，会导致测量船只出现颠簸现象，从而影响监测的精准性。或者在阴雨天或者雾气天，会影响监测人员的测验视角，甚至会错过针对水沙的最佳检测时机。
        （二）增强水文资料的信息化以及实效性
        在黄河流域的水文管理工作中，有存档详细、准确的水文数据资料，便于工作人员对黄河流域水文的开发工作进行有效治理。例如，高村水文站口是黄河流入山东的必经入口，而对这段黄河流域的末端河床进行水文监测工作，其数据的精准度直接影响其下游的水文治理和水文调度。

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        目前，黄河流域水文的监测工作已经实现了网络数据化，并且流域内的水文站已经建设了计算机处理监测台，能够实现网络共享，及时查询黄河流域的水文情况，并且能够针对黄河流域沿线的水文数据进行精准、全面化的分析，从而能够提高工作人员的工作效率，保证黄河流域水文的可持续性发展。
        三、电波流速仪在黄河水文监测中的应用
        （一）测量应用原理
        电波流速仪是利用物理学科知识中的多普勒效应，当媒质、波动源、电波流速仪之间出现相对运动时，仪器设备释放出的电磁波会在不同流速的表面形成反馈性反射，导致设备接收到的电磁波频率发生变化。在满足当前实验条件的前提下，电磁波只与河流水流速度相关，且只与河流表面的波动情况有关，与河流中的漂浮物和泥沙等是没有任何关系的。
        电波流速仪在水文监测中的应用，只能利用发射波测量数据。采用电波流速仪对水流速度进行测量时，波源与测量点位之间的相对位置不发生变化，河流水流的相对运动就会引起反射波出现频率变化现象，且反馈数据的实际大小与河流水流的相对速度存在紧密关联性。发射波频率与设备少接收的反馈频率之间所产生的差值，就被称作为是多普勒频率。
        采用电波流速仪对流域水文情况进行监测，主要是发射波直接发散在水面的椭圆区域范围内，椭圆形区域面积与电磁波发射角等诸多因素存在紧密关联。所以说，利用电磁波流速仪测定水流流速，是对整个椭圆形面积进行平均流速的测定。这种测量方式的应用原理与传统流速仪的测量原理是完全不同的，传统的流速仪测量的流速是各个点位的平均流速。
        （二）前期准备工作
        电波流速仪是对水流速度的横向分布进行测定，并在试验现场根据从起点通道断面流速出发的测量原则，从黄河流域渠道测桥的起点开始完成试验测量任务。再选择相同垂直的渠道进行水流流速的测定，保证每次流速测定的角度都为25°，且以1min为时间间隔来记录平均垂直速度，根据水位的实际情况，读取距离测量起点1.5m位置和7.0m位置的水流速度，并利用这两个点位上测量到的水流速度数据，来计算出垂线上的平均流速，再参考测量断面的实际面积，就可以直接通过计算方式得到所测量的速度。
        （三）试验应用方法
        利用电波流速仪在黄河水文监测中的应用，需要沿水程方向设置电波流速仪，与水道的横截面保持垂直方向，此时水平角度为0°。在实验过程中，不仅要满足电波流速仪的设置角度需求，还要充分考虑到电磁流量计的设置方式。为了提高实际测量的精准度，要保证电波流速仪在均匀断面进行水流速度和其它参数的测量，且测量操作人员要通过保持仪器测量垂直速度的角度，来控制匀速测量速度，保证流域水流速度监测的精准性。
        结语
        综上所述，利用电波流速仪开展黄河流域的水文环境监测工作，能够对黄河流域水流流速进行精准测量。该测量结果能够满足水文规范要求和流量测验要求，且实际的测量结果的精度性较高。所以，利用电波流速仪测量黄河流域水流流速时，要充分的考虑到所测量区域断面的实际面积，通过公式计算出实际流量。
        参考文献：
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