摘要：为了探索全自动雷达波在线缆道在山区河流的适用条件和范围。文章以长江流域长江下游干流秋浦河高坦水文站全自动雷达波测流系统与转子流速仪同步实测水面流速数据为依据，按照水文统计学原理进行计算、检查、分析两者之间的相关关系，率定雷达波在线缆道测流系统流量相关关系式，进而推求断面流量，解决雷达波用于高坦水文站高水测验时的流量计算问题。

关键词：全自动雷达波在线缆道测流系统；使用条件；线性关系；率定分析；高坦水文站

1 基本情况

1.1测站流域概况

高坦水文站位于安徽省池州市贵池区梅村镇罗田村，流域地理坐标为东经117º21′～117º43′，北纬30º01′～30º22′，为皖南山区1000～2000km²代表站，防汛抗旱、水资源管理、水质监测,国家基本站、河道站、省级重要站、国家二类精度站。

本站顺直河段长1.6km，主流偏左岸，左岸有圩堤，当水位超过27.20m时，漫溢穿过老街镇，右岸滩地宽约90.0m，水位达23.00m时，开始漫滩。河床为卵石沙砾，较稳定，无分流等其他现象。右岸边树木茂盛，洪水期漂浮物较多。上游左岸1500m有小河（十字河）汇入，上游4300m有双峰电站，下游185m有高坦大桥，下游400m有急滩，起低水控制作用。受上游水电站发电影响水位过程线多呈锯齿状。

监测断面上游集水面积1077 km²。上游多山区，流域面积较大、流域形状更接近于圆形、河流产汇流时间较短，涨水历时变幅7～10h，洪峰滞时变幅0.5～1.0h。洪水期，多沙、多漂浮物。中高水水位流量关系稳定、低水位多出现分叉，采用临时曲线法定线推流。

高坦水文站的水位级划分为高水21.71m及以上，中水（18.89m～21.71m），低水（18.30m～18.89m），枯水为小于18.30m。历史最高水位28.14m，流量4210 m³/s。

1.2全自动雷达波在线缆道测流系统S3 SVRⅣ技术参数：

测速范围：(0.2～18 )m/s；测速精度：4-0.05 m/s；测速计时：精度1 s，分辨率0.1 s；测速历时：(0～99.9)s；波束宽度：12o；发射功率：50 mw ；微波频率：K a波段；有效测程：(0- 100 )m ；工作方式：手动、全自动遥测；行车速度：≤60 m/min；故障反应：出现故障后自动返回停泊点；无线通信：通信距离 1 000 m ；行车定位精度：（- 1%o至1%o）；供电状况：24 V锂电池，连续运行3 h 以上；无线模块：电台475 MHz；适用环境：全天候，雷雨天可正常测流。

2 比测目的与内容

高坦站属于陡涨陡落的山区性河流，流速大、涨落快、水位变化急剧，河道漂浮物多，ADCP、水文缆道等所有接触式的流量测验方式在高洪水期均无法使用。高洪水期采用手持电波流速仪在S221省道公路桥施测。由于，S221省道秋浦河公路桥，桥面较窄，交通流量大，过往车辆较多，流量测验时存在交通安全隐患，发生特大洪水时，公路桥实行通行管制。手持电波桥测不能满足高洪水期全天候流量施测要求，且施测人员存在交通安全隐患。

雷达波测流断面位置与流速仪测流断面位置一致，位于高坦水文站基本水尺断面上游41米处。采用 LS(25—1)转子式流速仪与全自动雷达波在线缆道测流系统同时进行流量测验的成果进行对比分析，率定线性关系系数。

3 比测情况

高坦站于2017年11月引进移动雷达波测流设备，2018年开始比测，分别统计出2018、2019年汛期多场洪水流速仪测流虚流量与雷达波虚流量数据分析。2018年共测得8组对比数据（见表1）, 2019年共测得13组对比数据（见表2），分别进行线性对比率定系数（见图1及图2）。注（因雷达波与流速仪测流总历时不同，在高洪抢测洪峰期间，因客观条件限制，平均时间和平均水位会略有差异）

表1 高坦水文站2018年缆道与雷达波比测数据

Table 1 The cableway and radar wave comparison data of

Gaotan Hydrological Station in 2018

图1 高坦水文站2018年缆道与雷达波数据线性关系图

Fig 1 The relational graph of cableway and radar wave comparison data of

Gaotan Hydrological Station in 2018

表2 高坦水文站2019年缆道与雷达波比测数据

Table 2 The cableway and radar wave comparison data of

Gaotan Hydrological Station in 2019

图2 高坦水文站2019年缆道与雷达波数据线性关系图

Fig 2 The relational graph of cableway and radar wave comparison data of

Gaotan Hydrological Station in 2019

2018年对比数据中雷达波第8号测次、2019年对比数据中雷达波第71号、436号测次与流速仪对比过程中当日风速较大，流量对比系数与线性分析系数有较大偏离。为减小风速对雷达波测流的影响，在两年的对比数据中选择较高水位进行线性分析同时去掉风速较大的对比测次（多年历史数据分析高坦站水位21m及以上水位流量关系稳定，呈单一线）。固2018年选择对比序号3至7进行分析，雷达波选择对比序号5至10进行分析。筛选高水位后2018年和2019年的线性相关分析如下（见图3图4）。

图3 2018年高水位缆道与雷达波数据线性关系图

Fig 3 The relational graph of high water level cableways and radar waves in 2018

图4 2019年高水位缆道与雷达波数据线性关系图

Fig 4 The relational graph of high water level cableways and radar waves in 2019

4 比测结论

通过线性分析，2018年与2019年全自动雷达波在线缆道测流系统实测虚流量与LS（25-1）转子式流速仪实测虚流量的线性关系分别为0.9872、0.9972。对其中风速影响较大的流量测次进行去除并划分较高水位对两年分别进行线性分析，得出2018年和2019年的分析结果为0.9867、0.9942。保留两位小数为0.99，流量相关关系式采用：y=0.99x（y=流速仪流量、x=雷达波流量）。

5 仪器改进说明及建议

5.1全自动在线雷达波测流系统的使用条件：

全自动在线雷达波测流系统在出现紊流时，不适合进行流量测验。风速会对雷达波测验产生一定的影响，顺风测流，流速增大；逆风测流，流速减小。当流速较小时，风速对河流水面流速影响较大，当流速较大时，风速对河流水面流速影响较小，所以雷达波测流应避开大风低速水流。

5.2全自动在线雷达波测流系统的优缺点：

优点：1、全自动采集和计算，无需人工操作；2、可远程操控测流和下载数据，无需现场操作。3、全天候，可在夜间、雷雨天测流，相比缆道更加安全便捷。4、自动行车，运行快捷，维护便利。5、高坦水文站属于陡涨陡落的山区河流，涨落快，水位变化急剧，峰顶持续时间短，高水漂浮物多，对流速仪施测有一定的影响，且上游水电站开关闸影响，流量测验难以掌握。全自动雷达波在线测流系统，充分发挥了该系统无人值守，实时监测的优势。

缺点：1、电池续航不长，长期阴雨天气出现电量亏损，需进一步优化供配电方式。2、配套软件稳定性差、计算的进位没有很好与水文规范进行匹配、需要完善。3、受网络影响，手机操作易出现问题（经常不能发出成功测流指令），需进一步优化网络。4、易受风速影响流量结果，低水位流量测验关系紊乱，通过雷达波测验与本站两年的缆道施测数据对比分析，在水位低于19.00m时关系紊乱。

［参考文献］

［1］北京美科华仪科技公司.全自动雷达波在线缆道测流系统S3 SVRⅣ产品介绍手册[R]. 2017.25-26.（Beijing Meike Huayi Technology Co., Ltd. Product introduction manual of automatic radar wave current measurement system S3 SVRⅣ in cable channel [R]. 2017.25-26.（in Chinese））［2］赵志贡等.水文测验学[M].郑州；黄河水利出版社. 2005.41-84.（ZHAO Zhigong et al. Hydrological Testing [M]. Zhengzhou; Yellow River Water Resources Press. 2005.41-84.（in Chinese））［3］中华人民共住房和城乡建设部.河流流量测验规范.GB 50179-2015[S].2015.14-36.（Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the Chinese People's Republic of China. Code for liquid flow measurement in open channels. GB 50179-2015 [S] .2015.14-36.（in Chinese））

同系列内容