水文站快速流量测验方法探析

水文站快速流量测验方法探析

沈 国 清

甘肃省武威水文站 甘肃 武威 733000

摘要：水文测验工作是水文工作的基础，文中分析了传统流速仪法流量测验与新技术雷达枪测流技术是如何实现流量的快速测定，提升不同仪器、不同测验方法在水文测流过程中的工作效率。应用传统流速仪法，通过对流量成果数据中不同垂线点数的分析，对比寻求满足测验精度最简单有效的测验方法，提高测验效率。同时，开展雷达枪测流方法的比测分析，实现不同工作条件下的快速流量测验，有力地缓解了人员少、站点增多、业务量大、测报服务面增多的局面，保障了水文测报时效性，准确性。

关键词：快速测量测验；雷达枪；垂线精简；水文站

1 概 述

水文测验工作是需要在野外勘察与测量的一项工作，需要收集关于所要研究水体所有的资料数据，为水利工程规划和建设以及防汛抗旱工作提供真实准确的水文数据。目前，对水灾害防范、工程水文、生态水文的标准和要求日益提高，对观测的项目和数量都有增加的情况下，实现快速准确的流量测验势在必行，通过对应用新设备或新方法进行流量测验，有力地缓解了人员少、站点增多、业务量大、测报服务面增多的新形势，保障了水文测报时效性、准确性。

2 方法应用

2.1 雷达枪快速流量测验

雷达枪是近几年在各水文站使用的水面流速测量设备，其优点是不用接触水面，通过雷达波进行水面流速测量，但其测验过程需要有桥梁等过河设备提供测量环境，其测验的角度对数据有一定影响，同时需要配合实测流量的水面流速系数的准确率定才能应用。

其率定主要通过人工流速仪方法与雷达枪进行流量比测分析确定，采用固定垂线一点法，在不同垂线处实测水面流速及水深，并同时采用雷达枪实测水面流速。用雷达枪水面一点测速和对应的流速仪水面一点测速的成果建立相关关系，分析出线性相关系数，并用水面下0.6倍水深处测速流量资料进行对比，分析检验成果的可靠性。某站现有的流速仪水面系数0.85与此次成果0.852基本接近，所以认为小样本基本符合规律。成果应用后，用雷达枪的水面流速乘以水面流速系数即可换算成垂线平均流速，再推求断面流量。

2.2 现有流速仪法精简分析

流速仪测验方法仍然是主要的水文测站流量测验方法，如何应用流速仪快速完成流量测验，为防汛抗旱提供高效、实时、准确的流量数据，通过对流量数据不同垂线点数的分析、对比，寻求满足测验精度最简单有效的测验方法，提高测验效率，为水文开展快速巡测、快速报汛提供保障。一般应选取有5年以上流量常规测流资料的站点，进行流速仪测流垂线分布精简分析。

根据《水文测验手册》，水面宽小于100m的河道常测法的垂线数一般不少于7～8条，现通过选取站点进行精简分析。此次选择站点水面宽70m的测站，以断面平均流速为纵坐标，以7垂线的流速为横坐标建立相关关系。选用其中相关关系最好的1条垂线，其线性关系为y=0.597x +0.511，R=0.897，其中：y 为断面平均流速，m/s；x为垂线流速，m/s；R为相关系数。

再选取线性关系较好的2条垂线，以2条垂线的平均值为横轴，以断面平均流速为纵轴建立相关关系。其线性关系为 y=0.537x+0.688， R=0.925。依次建立以3垂线的平均值为横轴，以断面平均流速为纵轴建立相关关系。其线性关系为y=0.660x +0.434，R=0.970。

以此类推进行，使选择条数接近常测法的情况，进行误差比较，取系统误差满足规范要求的精简条数为最佳精简方案。根据计算实例，3条垂线为满足精度要求的最佳精简方案。

2.3 测量检验的方法步骤

严格依据《河道流量测验规范》GB50179－93的相关要求，为了保证与正常的流量测验同步进行，将试验的测次，分别设在了水位级不同的位置上。

全部试验均在某站的测流断面上进行。在测试的过程中，需要固定测速垂线，以及测深，保证测量的准确性。而不同的水位级上的垂线需要分别依照0.6一点法来检测垂线的流速。随后，同步进行流速仪水面测速和雷达枪水面测速，雷达测速枪俯角为40°，水平角为 0°。所使用的流速仪经严格检定，满足测速要求。

在高、中、低不同水位级对比试验，试验测次满足分析要求，试验基本包含了该站河道的不同水流情况。

3 误差分析

3.1 雷达枪比测误差

通过某站67次垂线实测资料分析，雷达枪水面流速与同点位流速仪测水面流速比值为0.91，根据实测流量资料进行对比计算，检验水面流速系数是否合理。通过计算，其相对误差均值为-1.79%，小于3%，结果合理，完全满足测量精度要求。

3.2 传统流速仪法精简垂线误差

根据《水文测验手册》3-10的规定，把选取的30份实测流量数据按精简测法重新计算流量，统计精简前后数值的相对误差是否超过允许范围3%，从而确定精简结果。根据《水文测验手册》3-67，系统误差可用以下方法确定：分别算出各测次精简后的流量误差，将各误差值由小到大依次排列，统计其累积频率见表1。

表1 流量误差统计分析表

由表1可以看出，选用3条垂线平均流速代替断面平均流速算出的流量误差值，其累积频率为50%的误差数值可视为系统误差。根据以上方法统计出的系统误差为0.52%<2.00%，满足了常测法误差界限，即该精简方法成立。

4 结 论

通过此次分析，可以得到雷达枪水面测速与流速仪水面测速呈线性相关，并通过实测资料检验成果到达使用精度，可作为测站流量资料的收集手段，提高了测量的时效性与安全性。对于只能采用流速仪进行测验的河流，通过测验垂线精简提高测流效率。文中将原7条测量垂线简化到3条垂线就可满足测验规范误差要求，测验效率可提高2倍以上。

通过采用新方法或进行精简分析，使用简测方案后，既节省了测流时间，又能及时抢测到洪峰流量，保证了实测流量成果的精度，有效地提高了工作效率，增加了报汛的时效性，适应水文站点多、人员少、时效性强的发展要求。

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作者简介

沈国清，男，1970年10月10日生，甘肃武威人，现供职于甘肃省武威水文站，目前职务为水文测站站长，目前职称为工程师，主要从事日常水文测验、水文资料整编、水文仪器设备维护管理等工作。

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