楊再勇

（百色水文中心田林水文中心站，廣西 百色 533300）

1 驅動式雷達波自動測流系統簡介

（1）系統構成。驅動式雷達波測流系統是一種非接觸式測流設備，測流不受河道漂浮物、滾石等影響。系統主要由測站設備、平臺軟件兩個部分構成。測站設備包括簡易纜道、雷達測速傳感器、自動行車、測流控制器、太陽能供電系統和水位計等。平臺軟件主要接收測站設備的數據并保存，通過WEB 接口，用戶可查看、下載、分析數據、遠程修改測站參數、啟動測流設備進行流量測驗。

（2）測流原理。驅動式雷達波流速儀是根據多普勒雷達測速原理，對水流的表面流速進行測量[1]。懸掛于簡易纜道上的自動行車攜帶雷達波測速傳感器，每天定時沿纜道行走并停到指定的測流垂線上，逐一測量所有垂線的水面流速數據后自動返回停泊點，進行自動充電。所測流速通過電臺的方式發(fā)送到RTU，并和RTU 采集的水位一起計算，從而得出流量。

（3）功能特點。利用雷達流速儀自動完成測流斷面各設定垂線水面流速的自動監(jiān)測。具有采集浮子、雷達和氣泡式水位計水位信息的功能，可采用定時施測、增量加測、人工加測、低水位停測、低溫停測等模式[2]，全天候（可在雨天、夜間）測流，全自動采集計算，可不直接接觸和擾動（或破壞）水流結構可以實現自動精確監(jiān)測，安全快捷。

2 基本概況

2.1 流域概況

定安水文站所在河流為馱娘江，馱娘江為右江干流的上段，發(fā)源于云南省廣南縣那倫鄉(xiāng)聽弄村，由南向北流，流入西林縣境內的土黃村平那屯后，折轉自西向東流，貫穿西林縣腹地，在那勞鎮(zhèn)的弄南屯附近出縣境流入田林縣的定安鎮(zhèn)。全長180 km，主要支流有冷平河、西洋江等。流域地處亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨量充沛。流域洪水由暴雨形成，每年的主要暴雨期4～9 月，6～9 月常出現臺風型暴雨。

2.2 測站概況

定安水文站是馱娘江中游流域控制站，位于田林縣定安鎮(zhèn)渭密村，集水面積4424 km2，是國家重要一類基本水文站。該站于1957年設立，2009年1月1 日把定安（二）站往下搬遷約2 km，改為定安（三）站，2020年1月1日起增加泥沙測驗，目前監(jiān)測水文要素有水位、流量、泥沙、降水量等。洪水來源主要為暴雨洪水，以單峰型呈現，多年流量資料顯示，水位流量關系相對穩(wěn)定。

定安水文站測驗河段順直、河床穩(wěn)定，主流穩(wěn)定，河槽為“U”型，斷面左岸右岸河床多為卵石及沙土，河床由砂礫石、細沙組成，河寬在60～70 m之間，沖淤不明顯，河流斷面高水無分流。本站設有基本水尺斷面兼流速儀測流斷面，基本水尺斷面上下游100 m設置比降上下斷面。定安水文站驅動式雷達波測流系統于2020 年11 月安裝，安裝位置在下比降斷面（流速儀測流斷面下游100 m）。

3 流量比測

3.1 比測儀器

采用驅動式雷達波測流系統與傳統人工測流方法（包括L25-1旋槳式流速儀法及走航式ADCP法）。

3.2 比測方法

根據流量測驗規(guī)范，轉子流速儀在水文測驗斷面根據事先布設好的流量測深、測速垂線，借助水文纜道采用LS25-1流速儀一點法（0.6）進行流量測驗，測速歷時100 s，基本斷面布設14 條測深、測速垂線。走航式ADCP 借用基本斷面的纜道采集數據。驅動式雷達波測流系統借用流速儀斷面水深計算虛流量。由于傳統人工測流方法與驅動式雷達波法流量測驗時間同步性不足，先建立傳統人工測流方法實測流量的水位流量關系曲線，并對關系曲線進行檢驗。根據驅動式雷達波測流方法的平均測驗時間在水情遙測平臺中查出同一時間定安水文站水位數值，在檢驗合格的關系曲線上查讀相應水位的流量作為比測的傳統人工測流方法實測流量。采用檢驗合格的傳統人工測流方法水位流量關系曲線上查讀的同時間、同水位級流量與驅動式雷達波法實測虛流量進行相關性分析。

3.3 實測數據收集、處理

根據驅動式雷達波測流系統的使用條件，傳統人工測流方法選取從2021 年5 月11 日至8 月30 日流速較大的測次，共13 次（其中旋漿式流速儀法9次，走航式ADCP 法4 次），傳統人工測流方法實測流量成果見表1，建立水位流量關系曲線見圖1，曲線檢驗成果見表2，按驅動式雷達波法測驗平均時間的水位查讀的相應流量作為比測的傳統人工流量測驗方法實測流量。傳統人工測流方法分析樣本中，實測最高水位382.94 m，對應流量164.00 m3/s，實測最低水位381.79 m，對應流量31.00 m3/s，實測水位變幅1.15 m。

圖1 定安水文站傳統人工測驗方法實測水位流量關系曲線

表1 定安水文站傳統人工測流方法實測流量成果表（13組）

依照《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）相關規(guī)定，一類精度站定線系統誤差≤1%，隨機不確定度≤10%（采用ADCP測流隨機不確定度可增大2%；巡測站定線隨機不確定度可增大2%～4%，故本次分析取隨機不確定度≤10%）。由表2 可知，允許誤差指標均滿足《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-2012）要求，可將測驗平均時間的水位查讀的相應流量作為比測的傳統人工流量測驗方法實測流量使用。

表2 定安水文站傳統人工測流方法水位流量曲線檢驗計算表

驅動式雷達波法在2021 年5 月11 日至8 月30日時段內水位級381.79～382.97 m 測流數據共322組。按水位級隨機選取22 組雷達波法實測數據并在水情遙測平臺查出同一時間定安水文站水位數值，根據檢驗合格的傳統人工流量測驗方法水位流量關系曲線查讀相應水位流量，詳細資料見表3。

表3 定安水文站驅動式雷達波法實測流量成果表（22組）

933 944 924 990 883 872 871 988 870 869 7月28日14：35 7月29日08：00 7月28日0：00 8月15日08：00 7月21日0：00 7月19日08：00 7月19日07：35 8月14日09：30 7月19日06：00 7月19日04：00 1.71 1.70 1.70 1.76 1.79 1.76 1.82 1.80 1.85 1.89 382.37 382.41 382.43 382.49 382.61 382.69 382.77 382.81 382.90 382.95 146.0 148.0 150.0 172.0 177.0 182.0 196.0 203.0 214.0 226.0 382.37 382.41 382.43 382.49 382.61 382.69 382.77 382.81 382.90 382.97 86.6 91.0 93.2 99.8.0 114.0 124.0 133.0 138.0 152.0 162.0 000000000-0.02

4 相關關系分析

4.1 水位誤差分析

對隨機選取的22 次雷達波法測流時的水位值與水情遙測平臺同時間查詢的水位值進行比較。水位誤差Δ的絕對值小于等于0.02 m為合格，比較結果水位差為0.01的有1次，水位差為-0.02 m的有1次，水位差為0的有20次，全部合格。水位誤差對比圖見圖2。

圖2 定安水文站雷達波法與水情遙測平臺水位誤差對比

4.2 雷達波法斷面虛流量與傳統方法實測流量的相關分析

以隨機選取的22 組驅動式雷達波法實測的虛流量為橫坐標，通過水情遙測平臺查詢與驅動式雷達波法實測流量的施測時間相同的水位值，以該水位值在檢驗合格的傳統人工測流方法水位流量關系曲線上查讀相應流量為縱坐標建立相關關系圖（見圖3）。通過對比分析，確定兩種方法流量關系式為：Q傳統人工=0.0 013Q2雷達虛＋0.4 293Q雷達虛－1.9 217。從圖3 可以看出，傳統人工測流方法與驅動式雷達波法實測流量點據呈明顯帶狀分布，規(guī)律性好，無明顯異常突出點據，相關系數R為0.9 951，表明兩者之間相關關系非常密切。

圖3 定安水文站傳統人工方法流量與雷達波法流量相關關系圖

4.3 相關關系檢驗

通過對22 個樣本容量分析，標準差4.59%，隨機不確定度9.17%，系統誤差0，符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗均滿足相關規(guī)范對一類精度站的要求[3]。檢驗成果表見表4。

表4 定安水文站比測水位流量關系曲線檢驗成果表

891 0 805 591 661 822 909 933 944 924 990 883 872 871 988 870 869 382.18 382.19 382.21 382.24 382.28 382.37 382.41 382.43 382.49 382.61 382.69 382.77 382.81 382.90 382.97 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22樣本容量：N=22符號檢驗：u=0.21適線檢驗：偏離數值檢驗：|t|=0.95標準差：Se=4.59%66.0 67.0 69.2 72.4 76.8 86.6 91.0 93.2 99.8 114.0 124.0 133.0 138.0 152.0 162.0 119.0 121.0 114.0 118.0 128.0 146.0 148.0 150.0 172.0 177.0 182.0 196.0 203.0 214.0 226.0 67.6 69.1 63.9 66.8 74.3 88.5 90.1 91.7 110.4 114.8 119.3 132.2 138.8 149.5 161.5-2.33-2.98 8.27 8.32 3.33-2.11 1.01 1.61-9.58-0.69 3.96 0.63-0.57 1.68 0.31-2.33-2.98 8.27 8.32 3.33-2.11 1.01 1.61-9.58-0.69 3.96 0.63-0.57 1.68 0.31符號交換次數：11合格5.43 8.87 68.42 69.28 11.06 4.45 1.02 2.59 91.83 0.48 15.71 0.40 0.33 2.83 0.10正號個數：11允許：1.15（顯著性水平a=0.25）免檢允許：1.06（顯著性水平a=0.30）隨機不確定度：9.17%合格系統誤差：0

5 結語

通過分析表明定安水文站驅動式雷達波測流系統可以投入生產應用。率定成果公式使用條件：水位范圍381.79～382.97 m，雷達虛流速范圍1.18～1.89 m/s。使用期間需加強已率定流量關系校測工作以及流量關系適用范圍之外的比測率定分析工作。在水位低、流速小，特別是水面平靜，河流表面波浪較小的情況下驅動式雷達波測流系統的流速傳感器難以收集較為準確的流速，所以低水、流速小的情況下宜使用傳統人工測流方法進行流量測驗。