薛海榮

（新疆維吾爾自治區(qū)昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100）

根據(jù)RG30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀測(cè)得的32組實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，建立相關(guān)關(guān)系，剔除偽數(shù)據(jù)后的系統(tǒng)誤差和相對(duì)偏差小，相關(guān)顯著性高，均符合《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL 195-2015）有關(guān)技術(shù)要求，所以剔除偽數(shù)據(jù)后的流量比測(cè)結(jié)果合理、可靠。RG30型非接觸式流速儀可以作為流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備在測(cè)站使用。

1 基本情況

碾盤(pán)莊（三）站是昌吉市境內(nèi)的三屯河水量控制站，設(shè)立于1956年6 月，屬省級(jí)重要水文站和自治區(qū)級(jí)報(bào)汛站。集水面積1636 km2，河長(zhǎng)103 km，測(cè)站高程1088 m，河道縱坡降為17.3‰。流域來(lái)水量主要以冰川融雪和降水補(bǔ)給為主[1]。

2 比測(cè)目的

為了提高水文測(cè)驗(yàn)科技含量和自動(dòng)化水平，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)水文測(cè)驗(yàn)的要求，降低野外測(cè)驗(yàn)人員工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)水文測(cè)驗(yàn)資料監(jiān)測(cè)自動(dòng)化。

3 儀器設(shè)備類(lèi)型及技術(shù)指標(biāo)

RG-30型非接觸式流速儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)微波流速儀）工作原理：脈沖雷達(dá)波測(cè)距，采用發(fā)射—反射—接收的工作模式。電磁波通過(guò)雷達(dá)天線(xiàn)發(fā)射出，經(jīng)被測(cè)物表面反射后，再被天線(xiàn)接收。該設(shè)備自帶垂直角度修正傳感器，可以在固定安裝和移動(dòng)過(guò)程中測(cè)得可靠數(shù)據(jù)。另外，雷達(dá)傳感器可以在河流兩用（可以輸入與主流夾角）、渠道、柔性纜道上測(cè)量流速，微波流速儀主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1[2]。

表1 RG-30型非接觸式流速儀主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

碾盤(pán)莊站的4 臺(tái)微波流速儀安裝在測(cè)驗(yàn)斷面專(zhuān)用纜道上，布設(shè)在測(cè)驗(yàn)河段主流位置，分別布設(shè)在測(cè)驗(yàn)斷面起點(diǎn)距14.0 m、18.0 m、24.0 m、30.0 m 處，與流速儀測(cè)速垂線(xiàn)位置重合并同步進(jìn)行流速測(cè)量。

4 測(cè)站水位（流量）級(jí)劃分

碾盤(pán)莊站為流量測(cè)驗(yàn)二類(lèi)精度水文站，根據(jù)頻率計(jì)算劃分出：比測(cè)水位當(dāng)水位低于1083.21 m 時(shí)，流量小于30.1 m3/s 時(shí)為低水，水位在1083.21 m～1084.11 m 時(shí)，流量在30.1 m3/s～120 m3/s時(shí)為中水，水位高于1084.11m，流量大于120m3/s時(shí)為高水。

5 比測(cè)資料的選取與分析

為保證比測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間的同步性和比測(cè)數(shù)據(jù)系列的一致性，比測(cè)方法采用旋漿式流速儀（以下簡(jiǎn)稱(chēng)流速儀）測(cè)得流量與微波流速儀同步測(cè)得流量進(jìn)行對(duì)比分析，分析資料選用2020年5 月11 日～9 月28 日同步實(shí)測(cè)資料48 份。碾盤(pán)莊站的4 臺(tái)微波流速儀安裝在測(cè)驗(yàn)斷面專(zhuān)用纜道上，布設(shè)在測(cè)驗(yàn)河段主流位置，分別布設(shè)在測(cè)驗(yàn)斷面起點(diǎn)距14.0 m(微波測(cè)速儀4#探測(cè)器)、18.0 m（微波測(cè)速儀1#探測(cè)器）、24.0 m（微波測(cè)速儀2#探測(cè)器）、30.0 m（微波測(cè)速儀3#探測(cè)器）處，與流速儀測(cè)速垂線(xiàn)位置重合并同步進(jìn)行流速測(cè)量。微波測(cè)速儀3#測(cè)速儀在起點(diǎn)距30.0 m 處，碾盤(pán)莊站斷面為復(fù)式斷面起點(diǎn)距30.0 m（微波測(cè)速儀3#探測(cè)器）處在河道左岸常期無(wú)水，3#微波測(cè)速儀測(cè)得流速不具有代表性，分析數(shù)據(jù)時(shí)舍去。微波測(cè)速儀2#測(cè)速儀在起點(diǎn)距24.0 m 處，24.0 m 處在左岸水邊，所以不做單獨(dú)分析。1#測(cè)速儀在18.0 m處，所處主流位置流速較為穩(wěn)定可作為單獨(dú)分析數(shù)據(jù)。4#測(cè)速儀在14.0 m 處，所處次主流位置流速較為穩(wěn)定可作為單獨(dú)分析數(shù)據(jù)。1#和4#測(cè)速儀位置流速較為穩(wěn)定可作為合并分析數(shù)據(jù)。1#、4#、2#測(cè)速儀均分布在主流、次主流、岸過(guò)位置，使用與流速儀實(shí)測(cè)流量計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算流量。剔除5 份微波測(cè)速儀不完整流速，選取43 份流速測(cè)驗(yàn)流量作為分析資料進(jìn)行分析[3]。

6 比測(cè)分析方法及誤差評(píng)定

分析方法主要根據(jù)《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL 195-2015)有關(guān)技術(shù)要求，采用流速儀實(shí)測(cè)斷面流量與微波流速儀實(shí)測(cè)斷面流量進(jìn)行分析，微波流速儀流量計(jì)算采用面積流速法計(jì)算，計(jì)算流量有單條測(cè)速垂線(xiàn)、兩條測(cè)速垂線(xiàn)和三條垂線(xiàn)。單條垂線(xiàn)流量計(jì)算：實(shí)測(cè)斷面面積乘以垂線(xiàn)流速求得。兩條垂線(xiàn)流量計(jì)算：實(shí)測(cè)斷面面積乘以?xún)蓷l垂線(xiàn)平均流速求得流量。三條垂線(xiàn)流量計(jì)算與流速儀實(shí)測(cè)流量計(jì)算方法相同。

比測(cè)時(shí)段分布于主汛期5 月11 日～9 月28 日間，共比測(cè)43次，比測(cè)水位變幅1082.73 m～1083.85 m、流量變幅9.85 m3/s～84.2 m3/s、流速1.35 m/s～2.79 m/s 之間、低水26 次、中水64 次。

比測(cè)數(shù)據(jù)分析過(guò)程如下：一次分析，起點(diǎn)距18.0m（微波測(cè)速儀1#探測(cè)器）、14.0 m（微波測(cè)速儀4# 探測(cè)器）、14.0 m 和18.0 m（微波測(cè)速儀1#和4#探測(cè)器）處2 臺(tái)微波流速儀分別測(cè)得水面流速，采用中泓浮標(biāo)法、14.0 m 和18.0 m 和24.0 m（微波測(cè)速儀1#和2#和4#探測(cè)器）處3 臺(tái)微波流速儀分別測(cè)得水面流速采用均勻浮標(biāo)法原理對(duì)測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算得出90 份斷面虛流量，與流速儀實(shí)測(cè)斷面流量進(jìn)行相關(guān)線(xiàn)性和多項(xiàng)式分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 第一次線(xiàn)性和多項(xiàng)式分析

從分析結(jié)果來(lái)看，測(cè)點(diǎn)合格率較低。相關(guān)線(xiàn)性分析：相對(duì)誤差超過(guò)±5%的測(cè)點(diǎn)有101 個(gè)，占總數(shù)的57.1%，測(cè)點(diǎn)平均合格率為42.9，系統(tǒng)誤差在-1.87～-0.29 之間。

多項(xiàng)式分析：相對(duì)誤差超過(guò)±5%的測(cè)點(diǎn)有101 個(gè)，占總測(cè)點(diǎn)數(shù)57.1%，測(cè)點(diǎn)平均合格率為42.9，系統(tǒng)誤差在-1.56～4.64 之間。與《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL 195-2015）技術(shù)要求，單次流量比測(cè)相對(duì)偏差范圍±5%以?xún)?nèi)，系統(tǒng)誤差范圍-2.5%～1%以?xún)?nèi)要求偏差較大。

二次分析，起點(diǎn)距18.0 m（微波測(cè)速儀1#探測(cè)器）、14.0 m（微波測(cè)速儀4#探測(cè)器）、14.0 m 和18.0 m（微波測(cè)速儀1#和4#探測(cè)器）處2 臺(tái)微波流速儀分別測(cè)得水面流速，采用中泓浮標(biāo)法、14.0 m 和18.0 m 和24.0 m（微波測(cè)速儀1#和2#和4#探測(cè)器）處3 臺(tái)微波流速儀分別測(cè)得水面流速采用均勻浮標(biāo)法原理對(duì)測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算得出90 份斷面虛流量，見(jiàn)附表，與流速儀實(shí)測(cè)斷面流量進(jìn)行相關(guān)線(xiàn)性和多項(xiàng)式分析，分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 第二次線(xiàn)性和多項(xiàng)式分析

從分析結(jié)果來(lái)看，相關(guān)線(xiàn)性分析：相對(duì)誤差超過(guò)±5%的測(cè)點(diǎn)有14 個(gè)，占總數(shù)的15.6%，測(cè)點(diǎn)平均合格率為83.2，系統(tǒng)誤差在-0.14～0.05 之間。其中1#、4#探測(cè)器相對(duì)誤差超過(guò)±5%的測(cè)點(diǎn)有2 個(gè)合格率較高，系統(tǒng)誤差為-0.02。

多項(xiàng)式分析：相對(duì)誤差超過(guò)±5%的測(cè)點(diǎn)有17 個(gè)，占總測(cè)點(diǎn)數(shù)18.9%，測(cè)點(diǎn)平均合格率為81.1，系統(tǒng)誤差在-0.26～1.85之間。與《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL 195-2015）技術(shù)要求，單次流量比測(cè)相對(duì)偏差范圍±5%以?xún)?nèi)，系統(tǒng)誤差范圍-2.5%～1%以?xún)?nèi)要求偏差較大。

7 結(jié)論與建議

7.1 結(jié)論

微波測(cè)速儀90 份實(shí)測(cè)流量與流速儀測(cè)得43 份實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，建立相關(guān)線(xiàn)性與多項(xiàng)式關(guān)系，其相關(guān)顯著性R 值均在0.9902～0.9955 之間，其兩組數(shù)據(jù)相關(guān)顯著性高，滿(mǎn)足推算要求。從以上分析結(jié)果來(lái)看，微波測(cè)速儀滿(mǎn)足水文測(cè)站在線(xiàn)測(cè)量使用。

測(cè)站使用微波測(cè)速儀換算公式見(jiàn)表4。

表4 微波測(cè)速儀換算公式

7.2 建議

1）通過(guò)碾盤(pán)莊站流量測(cè)驗(yàn)對(duì)比分析。微波流速儀具有傳感器信息采集數(shù)據(jù)可靠，內(nèi)置電臺(tái)通訊暢通、軟件操作和設(shè)備安裝簡(jiǎn)便，易行易會(huì)，能夠在特殊水情下(漂浮物多)和大雨、黑夜等惡劣自然環(huán)境中穩(wěn)定地工作。經(jīng)分析證明微波流速儀可作為測(cè)站流量測(cè)驗(yàn)和中小河流應(yīng)急監(jiān)測(cè)的可選設(shè)備。推薦選用1#+4#探測(cè)器的微波平均流速計(jì)算斷面流量，備用1#探測(cè)器，4#探測(cè)器,1#+2#+4#探測(cè)器的微波平均流速計(jì)算斷面流量。

2）在今后的測(cè)驗(yàn)中應(yīng)盡量收集中、高水比測(cè)資料，完善分析方案。

3）出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)維護(hù)校測(cè)，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。