在現(xiàn)代水文監(jiān)測(cè)體系中，精準(zhǔn)獲取大范圍水域的流量數(shù)據(jù)對(duì)防洪調(diào)度、水資源規(guī)劃及生態(tài)保護(hù)具有關(guān)鍵意義。陣列雷達(dá)波測(cè)流監(jiān)測(cè)技術(shù)憑借多通道協(xié)同感知能力，突破傳統(tǒng)單點(diǎn)監(jiān)測(cè)局限，已成為復(fù)雜水域流量監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)手段，其技術(shù)特性與應(yīng)用價(jià)值在水利工程領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。

一．陣列雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)原理

陣列雷達(dá)波測(cè)流監(jiān)測(cè)技術(shù)的核心原理基于多雷達(dá)單元協(xié)同的多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)流量測(cè)算。由多個(gè)雷達(dá)流速儀，一個(gè)雷達(dá)水位計(jì) ，遙測(cè)終端機(jī)，供電系統(tǒng)組成。

技術(shù)人員將多個(gè)雷達(dá)流速儀傳感器按特定間距布設(shè)形成陣列系統(tǒng)，把該系統(tǒng)安裝于橋梁、桿塔或?qū)Ｓ弥Ъ艿雀咛幤脚_(tái)，使雷達(dá)流速儀可同時(shí)覆蓋整個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。每個(gè)雷達(dá)雷達(dá)流速儀獨(dú)立向水面發(fā)射高頻電磁波，電磁波接觸水流表面的微小顆粒、氣泡或波紋后發(fā)生反射，反射波因水流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生頻率偏移。系統(tǒng)將各雷達(dá)流速儀捕捉的頻率差信號(hào)匯總至數(shù)據(jù)處理模塊，結(jié)合電磁波傳播速度、雷達(dá)安裝角度等參數(shù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水面流速。同時(shí)雷達(dá)水位計(jì)監(jiān)測(cè)設(shè)備同步采集斷面水位數(shù)據(jù)，技術(shù)人員將各點(diǎn)位流速數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值處理得到斷面流速分布，再代入流速面積法公式使斷面總流量得到實(shí)時(shí)推算。

二. 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

該技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)經(jīng)長(zhǎng)期工程實(shí)踐逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化體系，可適配不同水域的監(jiān)測(cè)需求。流速測(cè)量量程覆蓋0.1~40m/s，精度控制在±0.01m/s以內(nèi)，能滿足從常規(guī)徑流到極端洪水的流速監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。水位監(jiān)測(cè)量程達(dá)0~40m，精度±1cm，確保淺水與深水區(qū)域均能獲取可靠水位數(shù)據(jù)。陣列單元數(shù)量可根據(jù)斷面寬度靈活配置，常見布設(shè)數(shù)量為2~5個(gè)，單元間距可在1~10米范圍內(nèi)調(diào)整以保證監(jiān)測(cè)覆蓋密度。設(shè)備運(yùn)行支持寬電壓輸入DC9~24V，搭配太陽能供電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)野外長(zhǎng)期無人值守運(yùn)行。雷達(dá)天線波束角為12°，安裝高度適應(yīng)5~20米的多樣化場(chǎng)景，防護(hù)等級(jí)達(dá)IP68且具備防雷擊、防電磁干擾設(shè)計(jì)，能在-30℃~65℃的極端溫度環(huán)境中穩(wěn)定工作。數(shù)據(jù)傳輸支持4G/北斗等多協(xié)議模式，數(shù)據(jù)更新頻率可自主設(shè)定，同時(shí)預(yù)留RS485、以太網(wǎng)等接口便于與現(xiàn)有水文監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)接。

三．技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水利行業(yè)研究人員認(rèn)為，陣列雷達(dá)波測(cè)流監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在多維度性能提升上。多單元協(xié)同監(jiān)測(cè)模式使整個(gè)斷面的流速分布被完整捕捉，徹底解決傳統(tǒng)單點(diǎn)監(jiān)測(cè)無法反映斷面流速差異的問題，使流量計(jì)算精度顯著提升。非接觸式測(cè)量方式讓設(shè)備無需與水體直接接觸，完全規(guī)避泥沙磨損、漂浮物撞擊對(duì)設(shè)備的損害，使設(shè)備維護(hù)周期延長(zhǎng)且運(yùn)維成本降低。自動(dòng)化運(yùn)行體系支持系統(tǒng)按預(yù)設(shè)方案自動(dòng)完成數(shù)據(jù)采集、分析與傳輸，無需人工現(xiàn)場(chǎng)操作，既減少人力投入又避免惡劣天氣下的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性經(jīng)多地實(shí)踐驗(yàn)證，在暴雨、強(qiáng)風(fēng)、高濁度水體等場(chǎng)景中仍能保持穩(wěn)定性能，既適用于寬達(dá)數(shù)百米的江河干流，也可部署于灌區(qū)渠道、城市內(nèi)河等中小型水域。

四．應(yīng)用場(chǎng)景

在水利管理實(shí)際場(chǎng)景中，陣列雷達(dá)波測(cè)流監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值得到充分體現(xiàn)。

1.在江河干流水文站建設(shè)中，該系統(tǒng)被用于替代傳統(tǒng)纜道測(cè)流設(shè)備，通過高頻次監(jiān)測(cè)完整記錄洪水漲落過程，為水文資料整編與流域水文模型校準(zhǔn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.防洪減災(zāi)領(lǐng)域，系統(tǒng)在汛期可實(shí)時(shí)生成斷面流速分布圖與流量變化曲線，數(shù)據(jù)被傳輸至防汛指揮平臺(tái)后，為調(diào)度部門制定泄洪方案、評(píng)估洪水風(fēng)險(xiǎn)提供關(guān)鍵依據(jù)。

3.在大型灌區(qū)水資源管理中，系統(tǒng)被部署于干渠、支渠等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)灌溉用水量與輸水損失，數(shù)據(jù)結(jié)果為優(yōu)化配水方案、推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水提供量化支撐。

4.城市水環(huán)境治理場(chǎng)景中，該技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)城市內(nèi)河、景觀水體的流速與流量，結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)估水體流動(dòng)性與自凈能力，為水環(huán)境改善方案制定提供技術(shù)參考。

五．總結(jié)

隨著雷達(dá)感知技術(shù)的迭代與數(shù)據(jù)處理算法的優(yōu)化，陣列雷達(dá)波測(cè)流監(jiān)測(cè)技術(shù)將在更多細(xì)分場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用拓展，為水資源精細(xì)化管理、水旱災(zāi)害科學(xué)防御及水生態(tài)保護(hù)提供更有力的技術(shù)支撐，推動(dòng)現(xiàn)代水文監(jiān)測(cè)體系向更高精度、更廣覆蓋、更智能化方向發(fā)展。