劉春杰

（桂林水文中心站，廣西 桂林 541200）

靈川水文站流量測驗依靠走航式ADCP在斷面下游300 m的靈川三橋施測，存在費時、費力和安全隱患問題。根據(jù)便攜式電波流速儀應(yīng)急橋測洪水有關(guān)技術(shù)要求，在靈川三橋應(yīng)用便攜式電波流速儀進(jìn)行流速關(guān)系比測率定的目的是分析便攜式電波流速儀測量的流速與走航式ADCP施測的流速的相關(guān)關(guān)系，以獲得各水位級電波流速儀流速系數(shù)，通過比測分析，（掌握便攜式電波流速儀在靈川水文站應(yīng)用的系數(shù)，在應(yīng)急等特殊情況下直接測驗流量）穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和適用性等，摸索便攜式電波流速儀在靈川水文站進(jìn)行流量測驗的可行性，以實現(xiàn)靈川水文站流量應(yīng)急監(jiān)測“單兵作戰(zhàn)”模式。

1 測站概況

1.1 測站河段概況

靈川水文站位于廣西桂林市靈川縣三橋上游300 m，是漓江右岸一級支流甘棠江的主要控制水文站，站址距河口距離10 km，集水面積672 km2，主要測驗項目有水位、降水、流量。測驗河段順直，基本斷面呈“U”形，上游700 m處有一浮橋，下游300 m有靈川三橋大橋，該處為有一急灘，作為低水控制水流湍急。斷面上游17 km 有青獅潭水庫，集水面積474 km2，為多年調(diào)節(jié)水庫，對斷面的來水時程分配有較大的調(diào)節(jié)作用。洪水歷時一般為30～70 h，洪峰歷時為1～2 h左右，水位流量關(guān)系基本呈單一曲線。

1.2 水文特征

根據(jù)實測及歷史調(diào)查資料，靈川水文站歷年最高水位162.96 m，最大流速3.10 m/s，最大流量1430 m3/s，均出現(xiàn)在2017年8月14日。

按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《河流流量測驗規(guī)范》（GB50179-2015）規(guī)定，靈川水文站為二類測驗精度水文站，高、中、低水位級劃分如下：高水為162.00 m 以上；中水為159.50～162.00 m；低水為159.50 m以下，以上水位均采用1985國家高程基準(zhǔn)。

2 測驗情況

2.1 電波流速儀原理

便攜式電波流速儀SVR 是一種手持式表面測速雷達(dá)，參照均勻浮標(biāo)法，在橋上利用便攜式電波流速儀測定多條垂線的水面流速（見圖1），按照流速面積法計算斷面虛流量Q0，乘以斷面平均水面流速系數(shù)K1，得到斷面流量Q，即Q=Q0×K1。

圖1 電波流速儀測速示意圖

2.2 測驗斷面布設(shè)

便攜式電波流速儀測流斷面位于靈川三橋上游，自左岸至右岸與橋呈水平6°，橋上觀測點到臨時斷面平均距離34.40 m，確定9 條測速垂線，監(jiān)測斷面示意圖見圖2。

圖2 靈川三橋監(jiān)測斷面示意圖

2.3 流速測驗方法

準(zhǔn)備好便攜式電波流速儀主機、三角架、無線WiFi、便攜平板電腦、配套最新Windows操作系統(tǒng)和測流軟件，到達(dá)測流橋上標(biāo)識的固定位置，將電波流速儀安裝在三腳架上，檢查儀器電壓、傾角，將水平角設(shè)置為零度、測量單位選擇為m/s。在橋上架好電波流速儀，打開平板電腦，啟動測流軟件，連接WiFi，并將儀器對準(zhǔn)水流方向。

2.4 流量測驗成果分析

比測采用德卡托便攜式電波流速儀與瑞智走航式ADCP 在靈川三橋同步進(jìn)行流量測驗，橋上布設(shè)垂線9條，比測從2017年5月23日開始至2018年8月17日結(jié)束，測次布設(shè)在高、中、低水位級，共比測10 份流量，其中比測最高水位為162.85 m，比測最低水位為158.65 m，實測最大流量1330 m3/s，實測最小流量15.0 m3/s，經(jīng)過比測最大流量系數(shù)0.869，最小流量系數(shù)0.223，根據(jù)不同水位級得出不同流量系數(shù)，實測流量與虛擬流量比測成果為單一曲線，結(jié)果見圖3和表1。

圖3 虛擬流量與ADCP流量關(guān)系圖

表1 ADCP與電波流速儀虛擬流量系數(shù)分析計算表

通過虛擬流量與實測流量回歸方程相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9 981，建立水位與系數(shù)的關(guān)系圖（見圖4），經(jīng)過人工修訂水位系數(shù)方程y=0.0 143x3-6.9 797x2+1 131.8 075x-61 175.883，分別計算每個水位級相關(guān)系數(shù)分別在0.21～0.85之間，中、高水以后系數(shù)較為穩(wěn)定基本在0.85 左右，具體查看水位系數(shù)關(guān)系圖4及電波流速儀水位系數(shù)查算表2。

圖4 水位系數(shù)關(guān)系圖

選取10份實測資料進(jìn)行分析，在低水使用電波流速儀測速時流速小于儀器允許誤差，我們舍去低水2份資料，第4和第5份資料在實測對比時由于受外部環(huán)境下雨和汽車過馬路的影響舍去突出點2份資料，我們只采用6份流量進(jìn)行檢驗，隨機不確定度為6.90%＜18.0%，見實測與線上流量檢驗表3。

表2 電波流速儀水位級系數(shù)查算表

表3 實測與線上流量檢驗表

通過以上實測與線上流量分析，隨機不確定度在允許范圍內(nèi)，但為了簡化測速方案分別試算2 條和5條測速垂線成果，選取以斷面起點距為61、81 m的2條測速垂線試算，隨機不確定度為22.2%，已超出允許范圍；選取以斷面起點距為21、41、61、81、101 m 的5 條測速垂線試算，隨機不確定度為12.1%；在以下3個測速方案中5條和實測資料都在允許范圍內(nèi)，但為簡化測速垂線以5 條測速垂線為最佳測速方案（見表4）。

表4 靈川水文站電波流速儀測速優(yōu)化方案取舍

3 結(jié)論

靈川水文站采用2017-2018年兩年實測電波流速資料進(jìn)行對比分析。通過在甘棠江靈川縣城（三橋）布設(shè)的固定電波流速儀斷面，使用ADCP走航式與電波流速儀在不同水位級進(jìn)行同時比測，經(jīng)過分析虛擬流量與實測流量相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9 981，找出水位與系數(shù)相關(guān)關(guān)系，計算水位與系數(shù)表。簡化垂線數(shù)最終選取5 條垂線為最佳測洪方案，通過以上兩項分析成果得出，靈川水文站電波流速儀系數(shù)分析成果可靠實用，在大洪水應(yīng)急監(jiān)測時可作為最佳測洪方案，但由于資料甚少，在今后工作中需增加比測資料，再次進(jìn)行分析和檢驗。