红石峡水文站手持电波流速仪试验分析

红石峡水文站手持电波流速仪试验分析
发布时间：2021-12-09T05:34:28.079Z 来源：《防护工程》2021年25期作者：刘意王宝童王储[导读] 通过试验分析及合理性验证，确定了该站手持电波流速仪的水面流速系数。

延安水文水资源勘测中心
摘要：根据手持电波流速仪的技术特点，为了能让其更好地在测站发挥优势，在红石峡站开展了比测试验，通过试验分析及合理性验证，确定了该站手持电波流速仪的水面流速系数。

关键词：手持电波流速仪；系数；分析应用
1测站概况
红石峡水文站位于陕西省榆林市牛家梁乡王则湾村，地处东经109°42′，北纬38°23′，2011年1月设立，设立初为水位站，2020年6月升级为水文站，并正式开展降蒸、流量测验工作。

该站集水面积4032km2，河长101.7km，距河口距离53km。

该水文站属省级重要水文站，建站以来实测最高水位7.60m（假定基面），发生在2018年8月31日。

该站主要观测项目有水位、流量、降水、蒸发、墒情等。

2试验分析目的
按照省中心关于水文现代化的发展理念，红石峡站建站时未修建水文缆道等传统的测验设施，转而采用雷达水位计、雷达流量计、电波流速仪及传统转子式流速仪等测验设施设备。

为了提高红石峡水文站水文测验的科技含量和自动化水平，减小人工劳动强度，保证测验精度，适应现代社会对水文测验的要求，故对本站配备一台SVR手持电波流速仪，是美国ACI公司专门设计用于水面流速测量的一种新型仪器，体积小，自重轻，利用多普勒效应用，采用无接触的方式测量水面流速，通过水面流速系数的换算达到测量河流流量的目的。

其操作安全、测流时间短、速度快。

为了能让手持电波流速仪在测站测流过程中更好地发挥其优越性，减少误差来源，需通过试验分析确定手持电波流速仪的水面流速系数。

3试验方法及注意事项
3.1试验方法
手持电波流速仪的水面流速系数试验主要采用流量比测的方式，主要在中低水进行，水位变幅较小，每次测验时同时用手持电波流速仪和LS25-3A型转子流速仪在每条测速垂线上测速，然后分别计算出流量。

手持电波流速仪通过多普勒原理测量水面流速，LS25-3型流速仪在相对水深0.6处施测流速，全部试验均在红石峡水文站测流断面上进行，均采用涉水施测。

为了保证其准确性，在施测的过程中对测速、测深垂线进行固定，将两种方法测流结果进行对比，建立关系，确定手持电波流速仪水面流速系数。

3.2在比测实验中需要注意的事项
注意角度影响。

使用手持电波流速仪测速时，必须与水面保持一个稳定垂直角度，且向下倾斜角不得超过45°。

手持电波流速仪瞄准目标的水平理想的角度为零度，即测量时最好站在测速垂线的正前或正后方向上。

角度大于10°时会产生余弦错误，进而造成雷达枪显示一个虚假的读数，要消除或大大的减少这个错误，需进行水平角度补偿。

无线电会被手持电波流速仪无意识的当作多普勒流速，所以在使用时对讲机、手机等要远离使用。

测量流速时，符合《河流流量测验规范》（GB50179-2015）中的规定，用手持电波流速仪测量水面流速时严格按照《手持电波流速仪操作手册》操作进行。

4电波流速仪系数分析
4.1试验数据分析
本次分析选取了红石峡水文站2020年-2021年期间40次流量比测资料进行分析，分别用LS25-3型流速仪相对水深0.6处测速计算的断面流量Q和手持电波流速仪施测的水面流速计算的断面虚流量Q0建立关系，二者的比值（K=Q/Q0）即为每次水面流速系数，然后取其平均值，得出手持电波流速仪的平均水面流速系数。

通过以上计算，初步得出手持电波流速仪的水面流速系数为0.82。

再分别以手持电波流速仪取得的断面虚流量(Q0)为横坐标，以LS25-3A型取得的断面流量(Q)为纵坐标，建立关系图，进一步进行分析。

见图1
式中： Q — LS25-3A流速仪测得断面流量(m3/s)
Q0—手持电波流速仪测得断面流量(m3/s)
由以上方程可得K=0.82。

R2越接近1，说明变量误差越小，直线拟合的程度越好，Q与Q0的相关关系越好，得出的水面流速系数0.82为合理的。

4.2误差评定
能过以上分析，对得出的结果进行误差分析，用电波流速仪测得断面虚流量（Q0）乘以电波流速仪水面流速系数（K）,得出的流量(Qi)跟用LS25-3A流速仪测得的断面流量（Q）进行比较，计算出置信水平为 1）随机不确定度计算公式 K=Q/Q0 X′Q=2
式中 K ——电波流速仪水面流速系数
Q ——断面流量（LS25-3A流速仪相对水深0.6处施测）
Q0——断面虚流量（电波流速仪水面施测）
Qi ——乘以水面流速系数算得流量
n—— 实测流量次数
2）系统误差采用下式计算 =
式中 ——系统误差
经过计算，红石峡站手持电波流速仪水面流速系数的随机不确定度为13%，系统误差为0.2%。

红石峡站为流量Ⅱ类精度水文站，按照《水文巡测规范》SL19-2015规定，二类精度水文站的声学多普勒剖面流速仪法测流的定线允许随机不确定度为16.0%，系统误差允许值为±3%。

红石峡站根据分析计算出的随机不确定度和系统误差均在规定范围内，符合规范要求，因此，可确定红石峡站手持电波流速仪的水面流速系数为0.82。

5结论
本次比测分析所用数据共40组，样本多，但水位变幅较小，主要因为红石峡站建站时间短，近年来基本无大水，河道常年流量较小，全年水位变幅不大。

通过对比观测并计算得出红石峡水文站手持电波流速仪水面流速系数K=0.82，该系数满足该站大部分测验时期的需求，因此，此次分析具有一定的代表性、实用性。

由于电波流速仪测速时不受水面漂浮物、水质、水流状态的影响，而且流速愈大，漂浮物愈多，流速愈快，反射波将愈强，有利于电波流速仪工作，若遇突发水情或应急监测，测站可采用电波流速仪进行监测。

建议红石峡站可在以后的流量测验工作中多积累一些手持电波流速仪水面系数的高水比测资料，以做好对手持电波流速仪水面流速系数的验证工作。

参考文献
[1]中华人民共和国水利部，GB 50179-2015 《河流流量测验规范》；
[2]中华人民共和国水利部，SL 377-2006 《声学多普勒流量测验规范》；
[3]中华人民共和国水利部，SL 195-2015 《水文巡测规范》；。