[发明专利]利用雷达测速仪自动测量明渠流量的方法

说明书

一种利用雷达测速仪自动测量明渠流量的方法，包括以下步骤：包括以下步骤：将雷达测速仪设置在一段截面形状固定的明渠中央上方，通过雷达测速仪垂直射向水面的波束，测得雷达测速仪距明渠水面的高度h_d，进而求得雷达测速仪下方水流的断面面积A和水面宽度B以及雷达波覆盖水面宽度s，通过雷达波覆盖水面宽度s对应的表面流速v_sm建立数学模型求得整个水体断面平均流速v_c，最后通过A和v_c求得明渠的流量。本发明通过通过建立数学模型，根据雷达测速仪的安装高度自动确定流速系数，实现雷达测速仪自动测量明渠水流量，避免了人工测验率定流速系数。

技术领域：

本发明涉及水利自动化技术领域，特别涉及一种利用雷达测速仪自动测量明渠流量的方法。

背景技术：

明渠指的是敞开式排水渠道和虽不敞开、在非受压非满水状态下的输水渠道，明渠中的水是靠输水渠道的比降形成的自由水面势能减小而流动的。实现明渠自动测量水是国内外研究的方向之一，对灌区渠(沟)系的明渠(沟)实现自动化量水是灌区管理者的迫切需要，是实现水利信息自动化的技术途径。

明渠(沟)流量的测量包括自动测量和人工测量，水力学流体理论对渠道过流量的定义是单位时间内通过某断面的水量。故测定明渠断面过水面积和过水断面的平均流速，二者的乘积即为通过该断面的流量。基于这个原理，人工施测明渠的过水流量是在顺直的明渠段选择固定的断面，布设n条(奇数)测线，将过水断面划分为n+1个区块，利用流速仪施测每条测线相对水深0.4倍处的流速为该测线的平均流速，计算测线间平均流速与过水面积得出测线间流量，n+1个区块流量之和为断面的流量，利用这种方法测量明渠的流量目前在国内外人工水文测验普遍运用。

明渠流量的自动测定通常采用堰槽水位法或流速面积法。堰槽水位法是在明渠中设置标准化的量水堰槽，并在规定位置测量水位，使流过堰槽的流量与水位成单值关系；测量出水位，根据相应的流量公式或经验公式将其换算成流量值，这种量水方法虽然量水准确，但造成渠道水头损失较大，缓平灌区渠道不宜采用。流速面积法是明渠中常用的流量施测方法，不因修建量水建筑物而减小输水渠道的水头损失，只能通过测定过水断面平均流速和过水断面面积来求得流量。

国内外利用雷达波测水面流速技术已在水流体领域广泛应用，其工作理论是基于多普勒原理，既当微波照射到流动的水体表面上时，会产生一个与流动水体表面流速成比率的一个变化值，其变化大小正比于水体流动的速度。生产实践中利用该技术设备施测流量，还需二次校测率定流速系数，因此，流速系数率定的准确与否直接关系到测量水的精度。基于这个原因，本文提出利用水力学基本理论建立流速系数数学模型自动确定流速系数的方法，实现雷达测速仪自动测得明渠流量的目的。

发明内容：

基于上述原因，本发明的目的是建立一种利用雷达测速仪自动测量明渠流量的方法，利用水力学基本理论建立流速系数数学模型自动确定流速系数，最终实现雷达测速仪自动测得明渠流量。

一种利用雷达测速仪自动测量明渠流量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将雷达测速仪设置在一段截面形状固定的明渠中央上方，使雷达测速仪测速波束接触水面处的明渠截面与雷达测速仪正下方的明渠截面相同，通过雷达测速仪垂直射向水面的波束，测得雷达测速仪距明渠水面的高度h_d，通过所述雷达测速仪的倾斜射向水面的波束测得雷达波覆盖水面宽度s，雷达波覆盖水面宽度s对应的表面流速v_sm，则明渠水深：

h＝H-h_d (1)，

其中H为雷达测速仪距明渠底面的安装高度；结合明渠的固有参数，求得雷达测速仪下方水流的断面面积：

A＝f₁(h) (2)，

B＝f₃(h) (4)，