楊 成 包小鵬 胡友薺

長江水利委員會(huì)水文局荊江水文水資源勘測(cè)局宜都分局 湖北 宜都 443300

0 引言

為突發(fā)公共水事件的應(yīng)急處置提供科學(xué)依據(jù)，最大程度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展，提升水文監(jiān)測(cè)能力是水文測(cè)報(bào)的核心要素。浮標(biāo)法施測(cè)流量是長江委水文荊江局高壩洲水文站大洪水應(yīng)急預(yù)案中的主要測(cè)驗(yàn)手段，浮標(biāo)法施測(cè)流量存在受天氣、夜晚、水面漂浮物影響，局限性很大。為了提升水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力，提高報(bào)汛時(shí)效，2019年5月，高壩洲水文站在斷面上游約0.7km大橋上選擇兩個(gè)固定橋墩，安裝SVR雷達(dá)槍流速儀施測(cè)水面指標(biāo)流速，與斷面平均流速建立關(guān)系。

1 SVR雷達(dá)槍流速儀系統(tǒng)組成、測(cè)量原理及主要參數(shù)

1.1 組成

高壩洲水文站SVR雷達(dá)槍流速儀為德卡托電子公司產(chǎn)品。由雷達(dá)槍、通訊接口和可充電電池構(gòu)成。

1.2 測(cè)量原理

基于多普勒效應(yīng)原理：在對(duì)河流水面進(jìn)行測(cè)速時(shí)，雷達(dá)向水面發(fā)射微波，遇到水面波浪、水泡、漂浮物（被測(cè)移動(dòng)目標(biāo)物）后，微波將被吸收、反射，反射波的一部分被探頭接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由測(cè)量電路處理并測(cè)出多普勒頻移，再根據(jù)上述原理即可計(jì)算出水體的水面流速。

2 測(cè)驗(yàn)河段概況

2.1 測(cè)站基本情況

高壩洲站為國家基本水文站，設(shè)立于1999年，位于長江一級(jí)支流清江高壩洲河段。該站集水面積15650km2，測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有：水位、流量、降水量、水溫、蒸發(fā)等。

2.2 河流特性

2018年7月31日，高壩洲水文站實(shí)現(xiàn)H-ADCP在線測(cè)流和自動(dòng)報(bào)汛。H-ADCP測(cè)流斷面上游約1.2km有清江高壩洲水利樞紐工程，下游約10km為匯入長江的清江河口。上游來水受高壩洲水利樞紐工程電站蓄、放水控制，有陡漲、陡落的特點(diǎn)，同時(shí)，汛期受長江回水頂托影響，本站水位～流量關(guān)系極為復(fù)雜。

根據(jù)高壩洲站資料統(tǒng)計(jì)，水尺斷面實(shí)測(cè)最高水位51.01m，實(shí)測(cè)最低水位37.94m，水位變幅13.07m。實(shí)測(cè)最小流量0m3/s，最大流量7360m3/s。H-ADCP測(cè)驗(yàn)斷面呈“U”型，河床穩(wěn)定、無沖淤，河寬約300m，高水時(shí)主泓居中，中低水時(shí)主泓偏右。

3 儀器安裝

根據(jù)SVR雷達(dá)槍流速儀特性和比測(cè)要求，測(cè)點(diǎn)位置流速儀波束范圍內(nèi)流速應(yīng)具有代表性。SVR雷達(dá)槍流速儀安裝在高壩洲大橋左、右汊深泓中間位置，儀器固定在橋墩上，安裝高度63.38m，流速儀發(fā)射波與水面呈45°夾角，發(fā)射面距水面最遠(yuǎn)距離31.42m，波束在最低水位截面長度10.82m。

4 比測(cè)率定分析

4.1 比測(cè)率定的水位范圍

此次比測(cè)最高水位為44.54m，最低水位為41.72m，水位變幅2.82m。

4.2 流量率定方法

SVR雷達(dá)槍流速儀與H-ADCP同步測(cè)驗(yàn)，SVR雷達(dá)槍流速儀測(cè)得指標(biāo)流速Vi，直接在H-ADCP實(shí)測(cè)資料中計(jì)算對(duì)應(yīng)斷面平均流速Vm。將不同水位級(jí)（流量級(jí)）測(cè)量得到的每組Vi與Vm進(jìn)行回歸分析或點(diǎn)繪相關(guān)圖。即可得到Vi與Vm的回歸方程或關(guān)系曲線。

回歸方程一般形式為：

式中：Vi為水面指標(biāo)流速，m/s；

Vm為斷面平均流速，m/s；

水道斷面流量計(jì)算的一般公式為：

Q=AVm

式中：Q為流量，m3/s；

A為斷面過水面積

Vm為斷面平均流速；m/s；

4.3 率定資料的選取

2019年5月29日～2019年8月13日，高壩洲站H-ADCP斷面實(shí)測(cè)流量32份；實(shí)測(cè)流量變幅為368～827m3/s，SVR雷達(dá)槍流速儀水面指標(biāo)流速變幅為0.82～1.78m/s。

4.4 率定分析結(jié)果

將SVR雷達(dá)槍流速儀所測(cè)得的水面指標(biāo)流速與H-ADCP斷面實(shí)測(cè)平均流速建立相關(guān)關(guān)系，結(jié)果顯示兩者關(guān)系顯著，相關(guān)系數(shù)在0.95以上。

4.5 誤差分析

采用偏差為±5%的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。誤差在±5%以內(nèi)的有26次，合格率為81%，高于規(guī)范75%的要求。

對(duì)斷面實(shí)測(cè)流量和計(jì)算流量進(jìn)行符號(hào)、適線和偏離值檢驗(yàn)（見表1），標(biāo)準(zhǔn)差為4.4%，隨機(jī)不確定度為8.8%，系統(tǒng)誤差-0.1%，滿足《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）關(guān)于一類精度站水利因素法的指標(biāo)要求，三項(xiàng)檢驗(yàn)均通過。

表1 斷面實(shí)測(cè)流量與計(jì)算流量關(guān)系線檢驗(yàn)

5 結(jié)語

SVR雷達(dá)槍流速儀使用雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡單，不受夜間或大霧天氣干擾，測(cè)驗(yàn)歷時(shí)短，報(bào)汛時(shí)效快，為大洪水應(yīng)急監(jiān)測(cè)提供了保障。非接觸式雷達(dá)流速儀測(cè)速時(shí)設(shè)備不受污水腐蝕，不受泥沙影響，便于維護(hù)，人員安全有保障。