谢瑚
长沙水文水资源勘测局 湖南长沙 410000
摘要：《水文监测管理规定》和《河流流量测验规范》的规定和标准对雷达波流量在线系统进行比测分析，以确定在雷达波在线测流的采用系数。
关键词：双江口；雷达波；流量
一、基本情况
1、双江口水文站
本站位于浏阳市高坪镇双江村，东经113°41＇，北纬28°12＇，为浏渭河区域代表站，控制流域面积2067km2，属二类精度站。测验项目包括水位、流量、泥沙、降水、水温、水面蒸发、水质项目。基本水尺断面位于大、小溪河汇合处下游约700m处，流速仪测流断面在基上6m处，测验河段顺直长度约为3km。上游约10km处的大溪河上有古港坝一座；上游约24km处的小溪河上有株树桥水电站；上游约500m处已建双江口水电站；下游约2km处有石矶头水泥拦河坝。下游500m处长沙引水工程建有桥梁，河道布置有两组桥墩。基本水尺断面及流速仪测流断面均呈"U"型，河床为卵石夹沙组成，整个断面有水草生长，断面比较稳定。
水位21.57米以上为高水，21.57米至20.61米之间为中水，20.61米至20.14米为低水。20.14米以下为枯水。
2、雷达波流量在线系统
1）产品概述
雷达波流量在线系统由跨河缆索、自移动探头、控制系统、电源系统等部分组成。
雷达波流量在线系统流速测量设备采用多普勒雷达波测速传感器，以非接触方式测量水流表面流速，借助自行走机构在缆索上运动，测量横断面上不同位置的水面流速，配套专业测流软件，通过借用断面资料来计算断面流量。
图2 雷达波流量在线系统示意图
4）仪器安装
雷达波流量在线系统的自动探头悬挂在跨河缆道上，根据控制系统发出的无线指令测量各垂线水面流速，测量完成后自动返回充电桩充电。
根据雷达波流速仪测流原理，其设备尤其适用于高流速、大量漂浮物河流，其它测流设备无法入水情况下的流量测验。由于测速时不受水面漂浮物、水质、水流状态的影响，而且流速愈大，漂浮物愈多，反射波愈强，有利于雷达波流速仪工作，所以用它来替代传统的高洪流量测验方法浮标法是最合适的。
5）设备测流原理和工作方式
借助跨河水文缆道，当自移动探头自动移动到第一条测速垂线后，流速探头即根据计算机指令采集水面流速数据。依次自动移动到每条垂线进行测量，结合大断面资料计算出断面面积和断面流量。测流软件在完成流速测量后，自动进行流量计算，并通过网络上传。
二、比测目的和内容
雷达波水面流速系数的确定是流量精度的关键，需专门进行比测率定。为了发挥在线测流系统的作用，对雷达波流量在线系统进行比测分析，以确定在雷达波在线测流的采用系数。
本站比测期间水位流量关系稳定呈线性关系，故可以采用雷达波流量在线系统实测流量和基本水尺断面水位查线流量建立相关关系，并分析雷达波流量在线系统的流量系数。
三、雷达波流量在线系统比测方案
1、断面位置
雷达波流量在线测流系统安装在双江口站测流断面上。
2、雷达波流量在线系统流量测验方案：
（一）低、中、高水方案：与该站常规流量测验方案相同，均为七根测速垂线方案，起点距位置为90.0、105、121、142、164、180、190m。
（二）起测水位20.50米，采用2段制（8：00、20：00）定时自动测流，水位变幅超过0.40m自动加测。考虑单次流量测验总历时在20分钟以内。
（三）每线比测前流速系数采用1.00，左右岸边系数均采用0.7。
（四）流量自动整理，与该站常规流量测验一样借用同断面同时间水深。
四、雷达波流量在线测流系统比测情况
在2017年6月25日-7月4日两次完整的较大洪水过程的各级水位，共进行了88次雷达波流量在线测流系统的流量测验，均按雷达波流量在线测流系统的测流方案进行，在88次的流量中，实测最大流量3280m3/s，相应水位27.32m，2017年7月1日出现最高水位为27.33m；历年最高水位为28.75m，实测最小流量113 m3/s，相应水位20.62m；水位变幅6.70m，包括了中高水位。历年水位变幅为8.25m，比测范围达81.2%。
表1 双江口站历年较大洪水特征值表
五、雷达波流速仪系数分析
1、分析方法
将采用雷达波流速仪所测的54次21.00m以上的流量与基本水尺断面水位查线流量进行对比分析，并进行直线拟合，求出直线斜率即雷达波流速仪的流量综合系数K电。
2、分析资料的选取
选取2017年2个主要的洪水过程作为分析样本，在6月25日-7月4日期间，包含两次完整的大洪水过程，其中中、高水测点多，测验中发现，大风期间，雷达波流速仪所测流速与风速有关，误差较大。因此在这一期间的比测的过程中，共计收集21.00m以上的54次流量样本，样本数大于规范要求的30次，其中有1次比测流量误差较大（Q449），作为特异值将其舍弃，利用53次流量进行分析。水位21.00m的相应流量由于流速较小误差较大，不适合雷达波测验，不参与分析。参与分析的原始分析资料准确、可靠，比测成果合理。
3. 相关系数分析
通过采用雷达波流速仪实测流量与基本水尺断面相应水位查线流量进行直线拟合，相关图显示雷达波流量与查线流量相关关系，密集呈带状，雷达虚流量综合系数为0.8501，其相关关系R2为0.9937，故雷达虚流量综合系数K雷采用0.85。雷达波流量与查线流量分析表详情见表2，雷达波流量与查线流量关系图见图3。
表2 双江口站 雷达波流量与查线流量分析表
4、误差分析：将雷达波流速仪流量*0.85与查线流量进行误差计算，最大误差为11.4%，最小误差为0.1%。标准差5.4％，系统误差0.8％。雷达波流速仪流量误差符合规范要求。
六、结论
1）雷达波流速仪实测流量与基本水尺断面水位查线流量关系符合直线关系，原始分析资料准确、可靠，比测成果合理。
2）流量综合系数采用：雷达波流速仪流量系数K雷采用0.85。
3）测验条件要求：雷达波流速仪的流量测验，避开大风期。基本断面适用水位范围为21.00m以上。
4）系数的使用方法
参照《河流流量测验规范》GB50179-2015第C.7.1第6条，采用雷达波流速仪施测时，雷达波流速仪流量按下式计算：
Q= Q雷 *K雷
Q---断面流量（m3/s）；
Q雷---雷达波流速仪所测出的虚流量（m3/s）；
K雷---断面雷达波流速仪流量系数
论文作者:谢瑚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/6
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