陳 麗，鄧振翔

（貴港水文中心，廣西 貴港 537100）

1 基本情況

1.1 測站概況

貴港水文站是國家重要水文站，設(shè)立于1941年，位于貴港市港北區(qū)貴城鎮(zhèn)震塘村郁江河段左岸，是珠江流域西江水系郁江出口控制站。該站集水面積86 333 km2，主要測驗(yàn)項(xiàng)目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、岸溫、水質(zhì)。自建站以來最高水位46.93 m（2001年7月10日）（85基準(zhǔn)，下同），最低水位26.18 m（1964年1月17日），實(shí)測最大流量16 000 m3/s（2001年7月9日），實(shí)測最小流量64 m3/s（1998年5月11日）。歷史調(diào)查最高水位47.77 m（1913年），最大流量19 400 m3/s（1913年）。

1.2 測站附近水利工程情況

（1）西津水電站。位于郁江中上游，距上游南寧市約 100 km，于 1958年 10月動工興建，1966年 7月開始蓄水發(fā)電，總裝機(jī)容量234.4 MW，年均發(fā)電量10.91 億kW·h，該電站對上游南寧站10 000 m3/s以下洪峰來水起到明顯調(diào)峰、削峰作用。

（2）貴港仙衣灘航運(yùn)樞紐。位于西津電站下游114 km 及貴港水文站基本斷面上游6.5 km 處?？傃b機(jī)容量120 MW，1997年底建成，對貴港水文站中低水流量測驗(yàn)有一定影響。

（3）桂平馬騮灘航運(yùn)樞紐。位于西津電站下游215 km處有桂平馬騮灘航運(yùn)樞紐，總裝機(jī)容量46.5 MW，1992年建成，對貴港水文站中低水流量測驗(yàn)有一定影響。

1.3 流量測驗(yàn)

目前，貴港水文站常規(guī)流量測驗(yàn)方式，采用的是定點(diǎn)式ADCP 流速剖面儀，該測驗(yàn)方式在貴港站已通過比測率定，并且每年采用走航式ADCP 進(jìn)行校測，成果可靠。

2 可行性比測分析

為加大推廣水文新儀器設(shè)備應(yīng)用力度，提高流量測驗(yàn)效率，減輕勞動強(qiáng)度，依靠貴港水文站河段現(xiàn)有的設(shè)施等便利條件，在該站開展電波流速儀流量測驗(yàn)，同時(shí)與定點(diǎn)式ADCP 在線監(jiān)測的流量對比分析，驗(yàn)證電波流速儀流量測驗(yàn)在貴港水文站的可行性，達(dá)到單兵作戰(zhàn)和提高測驗(yàn)安全的效果。

2.1 參與比測儀器設(shè)備情況

（1）定點(diǎn)式ADCP。采用美國RDI 公司生產(chǎn)的新一代ChannelMaster600 型水平ADCP（簡稱CM 型H-ADCP），它具有結(jié)構(gòu)緊湊、標(biāo)準(zhǔn)配置高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。測速范圍±5 m/s，單元數(shù)為1～128，測到的剖面范圍最大90 m。該儀器同時(shí)配有壓力式水位計(jì)、超聲波水位計(jì)及溫度探頭。

（2）電波流速儀。采用美國ACI（Applied Concept Inc.）公司生產(chǎn)的斯德克電波流速儀Stalker II SVR，該設(shè)備輕便、簡潔，易于安裝。主要性能指標(biāo)如下：①測速范圍：0.20～18.00 m/s；②測速精度：±3 cm/s；③ 測速計(jì)時(shí)：精度1 s，分辨率0.1 s；④ 測速歷時(shí)：1～99.9 s；⑤ 波束寬度：12°；⑥ 微波功率：50 mW；⑦微波頻率：Ka 波段34.7 GHz；⑧最大測程：100 m；⑨顯示內(nèi)容：瞬時(shí)流速、平均流速、測速歷時(shí)、回波強(qiáng)度、流速方向和發(fā)射狀態(tài)；⑩角度補(bǔ)償：內(nèi)置俯仰角傳感器自動補(bǔ)償，水平角手動輸入。

2.2 斷面布設(shè)

2.2.1 斷面選址

貴港水文站測驗(yàn)河段順直、穩(wěn)定，斷面沿程變化均勻，河段內(nèi)無暗礁、深潭、跌水等阻礙正常水流；流量測驗(yàn)斷面形狀基本呈U型，左岸為巖石，河底為石質(zhì)，右岸為粘土和泥沙，水流較集中，無分流、岔流、回流、死水等現(xiàn)象發(fā)生，水流較平穩(wěn)，無急劇的涌浪、漩渦。斷面選址見圖1；電波流速儀測流斷面大斷面見圖2。

圖1 貴港水文站測驗(yàn)斷面布設(shè)示意圖

圖2 貴港水文站電波流速儀測流斷面大斷面圖（基下200 m）

2.2.2 斷面布設(shè)

貴港站測流斷面下游230 m 處建有羅泊灣大橋，該橋?yàn)槔鳂颍瑯蛎婊舅?。橋面平均高程約64 m，電波流速儀測流斷面布設(shè)在基本測流斷面下游200 m 處，距羅泊灣大橋上游面擺電波流速儀位置30 m，貴港站最高實(shí)測水位46.93 m，受電站影響后最低水位約32.0 m，經(jīng)計(jì)算，在最高、最低水位時(shí)電波流速儀的俯角在30°～45°之間，符合儀器要求。電波流速儀斷面共設(shè)置12條垂線，起點(diǎn)距分別為 40、80、110、125、155、185、220、260、300、330、360、390 m，設(shè)置的垂線與貴港水文站原流速儀測流斷面垂線起點(diǎn)距一致。電波流速儀測流垂線布設(shè)見圖3。

圖3 電波流速儀測流垂線布設(shè)圖

2.3 比測方法

將電波流速儀安裝在三腳架上，平穩(wěn)放置在設(shè)置好的起點(diǎn)距位置上，量取儀器高，填寫電波流速儀安裝參數(shù)記錄表，根據(jù)水平方位角、俯角調(diào)整儀器姿態(tài)，將電波流速儀探頭瞄準(zhǔn)到測流斷面垂線上。利用電波流速儀進(jìn)行測量，測量時(shí)長約30～60 s，當(dāng)顯示的讀數(shù)穩(wěn)定時(shí)，可認(rèn)為是水流表面速度。根據(jù)不同的水位級施測8～10 條垂線，然后采用流速面積法計(jì)算斷面虛流量，與定點(diǎn)式ADCP 在線測流系統(tǒng)實(shí)測流量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

2.4 比測情況

貴港水文站水位分級為：低水（33.0 m以下）、中水（33.0～43.0 m）、高水（43.0 m 以上）。由于本年度該站未發(fā)生高洪以上水位，故只比測到中洪水位級，低水位級因?yàn)榱魉傩。贿M(jìn)行比測。其水位變幅范圍為34.16～40.50 m，流量變幅范圍為2820～7840 m3/s。共比測30份流量測次，既測有漲水面流量數(shù)據(jù)，也測有退水面流量數(shù)據(jù)，還有受潯江頂托時(shí)的測流數(shù)據(jù)，所選取的數(shù)據(jù)均合理可靠。同時(shí)，定點(diǎn)式ADCP使用正常，同步開展測驗(yàn)，數(shù)據(jù)也合理可靠。比測成果見表1。

表1 貴港水文站流量比測成果表

2.5 比測分析

點(diǎn)繪電波流速儀流量與固定式ADCP流量關(guān)系曲線圖，建立線性關(guān)系，確定電波流速儀水面系數(shù)，根據(jù)水文特性選定直線y=bx進(jìn)行兩者的相關(guān)分析計(jì)算，采用最小二乘法計(jì)算出水面系數(shù)K=1.0 868，相關(guān)公式y(tǒng)=1.0 868x，R2=0.949，采用水文計(jì)算習(xí)慣，選用信度水平α=0.05，根據(jù)30 次的對比資料，查相關(guān)系數(shù)臨界值表，得Rα（n-2）=R0.05（28）=0.3 620，R＞R0.05（28），說明兩者相關(guān)比較顯著，說明建立的回歸方程是顯著的（見圖4）。

圖4 電波流量與ADCP流量關(guān)系圖

通過公式Q電計(jì)=1.0 868Q電，用電波流速儀測量的斷面虛流量與水面流速系數(shù)相乘，計(jì)算出相應(yīng)的斷面流量（Q電計(jì)），再與固定式ADCP 測量斷面流量進(jìn)行關(guān)系曲線檢驗(yàn)。檢驗(yàn)表見表2。

表2 Q 電計(jì)與QADCP關(guān)系曲線檢驗(yàn)及標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)表

序號日期 QADCP/（m3/s）（m3/s） p%Q 電計(jì)/適線檢驗(yàn)方法（P%）2（P--P）（P--P）2 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30樣本容量：N=30 正號個(gè)數(shù)：14 符號交換次數(shù)：15符號檢驗(yàn)：u=0.00 允許：1.15（顯著性水平a=0.25） 合格適線檢驗(yàn)：U=-0.37 允許：1.28（顯著性水平a=0.10） 免檢偏離數(shù)值檢驗(yàn)：|t|=0.61 允許：1.30（顯著性水平a=0.20） 合格標(biāo)準(zhǔn)差：Se=5.93% 隨機(jī)不確定度：11.86% 系統(tǒng)誤差：-0.62%7月18日7月18日7月19日7月19日7月19日8月5日8月5日8月6日8月6日8月7日8月8日8月9日9月3日9月4日5680 5660 4770 4530 4200 7360 7090 7710 7720 7840 6890 2560 6100 5980 5280 5740 4270 4880 4400 7190 7330 7900 8110 8150 7010 2610 6230 6300-7.04 1.41-10.48 7.73 4.76-2.31 3.39 2.46 5.05 3.95 1.74 1.95 2.13 5.35 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 49.56 1.99 109.83 59.75 22.66 5.34 11.49 6.05 25.50 15.60 3.03 3.80 4.54 28.62-6.42 2.03-9.86 8.35 5.38-1.69 4.01 3.08 5.67 4.57 2.36 2.57 2.75 5.97 41.2 164 4.1 209 97.2 196 69.7 225 28.9 444 2.8 561 16.0 801 9.4 864 32.1 489 20.8 849 5.5 696 6.6 049 7.5 625 35.6 409

當(dāng)前，國內(nèi)未出臺相關(guān)電波流速儀流速關(guān)系率定的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，本次分析主要參考《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）中的水位流量關(guān)系定線精度要求：

（1）采用常規(guī)的接觸式測流方法時(shí)，依據(jù)《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）中表3.3.2-1，比測結(jié)果的相對系統(tǒng)誤差在±1%內(nèi)，且隨機(jī)不確定度不超過8%時(shí)，流速比測合格。

（2）電波流速儀測流技術(shù)，其實(shí)質(zhì)就是對水流表面流速的測量，從原理上與水面浮標(biāo)法類似。因此，其精度評定可參照水面浮標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)，即定線隨機(jī)不確定度允許誤差可增大2%～4%，即為10%～12%的誤差范圍。

從檢驗(yàn)結(jié)果可知，各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)檢驗(yàn)均達(dá)到了規(guī)范要求，是合理的。

2.6 流速系數(shù)的確定

通過相關(guān)分析，電波流速儀的測流成果與固定式ADCP測流成果是密切相關(guān)的。從該站的對比資料分析結(jié)果看，在中洪水位級時(shí)，可采用手持式電波流速儀測流，其結(jié)果可直接用y=1.0 868x的回歸方程確定流量。在水文資料整編中，一般將流速系數(shù)取值為小數(shù)點(diǎn)后兩位，因此，可認(rèn)為該站電波流速儀改正系數(shù)為1.09。

3 結(jié)語

（1）通過比測，電波流速儀在貴港水文站中洪水位級進(jìn)行流量測驗(yàn)是可行的，電波流速儀修正系數(shù)為1.09。

（2）測驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意盡量避開在風(fēng)、雨中測量以及橋面通過大型車輛時(shí)由于震動產(chǎn)生的影響。

（3）建議繼續(xù)補(bǔ)充貴港水文站高洪水位級的比測分析工作，優(yōu)化電波流速系數(shù)，不斷完善測驗(yàn)方式，提高工作效率和安全性，適應(yīng)水文改革的發(fā)展要求。