水文站快速流量測驗方法研究

鮑志偉

（遼寧省丹東水文局，遼寧丹東118001）

1 概述

水文測驗工作是需要在野外勘察與測量的一項工作，需要收集關于所要研究水體所有的資料數據，為水利工程規(guī)劃和建設以及防汛抗旱工作提供真實準確的水文數據。目前，對水災害防范、工程水文、生態(tài)水文的標準和要求日益提高，對觀測的項目和數量都有增加的情況下，實現快速準確的流量測驗勢在必行，通過對應用新設備或新方法進行流量測驗，有力地緩解了人員少、站點增多、業(yè)務量大、測報服務面增多的新形勢，保障了水文測報時效性、準確性。

2 方法應用

2.1 雷達槍快速流量測驗

雷達槍是近幾年在各水文站使用的水面流速測量設備，其優(yōu)點是不用接觸水面，通過雷達波進行水面流速測量，但其測驗過程需要有橋梁等過河設備提供測量環(huán)境，其測驗的角度對數據有一定影響，同時需要配合實測流量的水面流速系數的準確率定才能應用。

其率定主要通過人工流速儀方法與雷達槍進行流量比測分析確定，采用固定垂線一點法，在不同垂線處實測水面流速及水深，并同時采用雷達槍實測水面流速。用雷達槍水面一點測速和對應的流速儀水面一點測速的成果建立相關關系，分析出線性相關系數，并用水面下0.6 倍水深處測速流量資料進行對比，分析檢驗成果的可靠性。現有的流速儀水面系數0.85 與此次成果0.852 1 基本接近，所以認為小樣本基本符合規(guī)律。成果應用后，用雷達槍的水面流速乘以水面流速系數即可換算成垂線平均流速，再推求斷面流量。

2.2 現有流速儀法精簡分析

流速儀測驗方法仍然是主要的水文測站流量測驗方法，如何應用流速儀快速完成流量測驗，為防汛抗旱提供高效、實時、準確的流量數據，通過對流量數據不同垂線點數的分析、對比，尋求滿足測驗精度最簡單有效的測驗方法，提高測驗效率，為水文開展快速巡測、快速報汛提供保障。一般應選取有5 年以上流量常規(guī)測流資料的站點，進行流速儀測流垂線分布精簡分析。

根據《水文測驗手冊》，水面寬小于100 m 的河道常測法的垂線數一般不少于7～8 條，現通過選取站點進行精簡分析。此次選擇站點水面寬70 m 的測站，以斷面平均流速為縱坐標，以7 垂線的流速為橫坐標建立相關關系。選用其中相關關系最好的1 條垂線，其線性關系為y=0.597x+0.511，R= 0.897，其中：y為斷面平均流速，m/s；x為垂線流速，m/s；R為相關系數。

再選取線性關系較好的2 條垂線，以2 條垂線的平均值為橫軸，以斷面平均流速為縱軸建立相關關系。其線性關系為y=0.537x+0.688，R=0.925。依次建立以3 垂線的平均值為橫軸，以斷面平均流速為縱軸建立相關關系。其線性關系為y=0.660x+0.434，R=0.970。

以此類推進行，使選擇條數接近常測法的情況，進行誤差比較，取系統誤差滿足規(guī)范要求的精簡條數為最佳精簡方案。根據計算實例，3 條垂線為滿足精度要求的最佳精簡方案。

3 誤差分析

3.1 雷達槍比測誤差

通過67 次垂線實測資料分析，雷達槍水面流速與同點位流速儀測水面流速比值為0.91，根據實測流量資料進行對比計算，檢驗水面流速系數是否合理。通過計算，其相對誤差均值為-1.79%，小于3.00%，結果合理，完全滿足測量精度要求。

3.2 傳統流速儀法精簡垂線誤差

根據《水文測驗手冊》3-10 的規(guī)定，把選取的30 份實測流量數據按精簡測法重新計算流量，統計精簡前后數值的相對誤差是否超過允許范圍3.00%，從而確定精簡結果。根據《水文測驗手冊》3-67，系統誤差可用以下方法確定：分別算出各測次精簡后的流量誤差，將各誤差值由小到大依次排列，統計其累積頻率見表1。

表1 流量誤差統計分析表

由表1 可以看出，選用3 條垂線平均流速代替斷面平均流速算出的流量誤差值，其累積頻率為50%的誤差數值可視為系統誤差。根據以上方法統計出的系統誤差為0.52%＜2.00%，滿足了常測法誤差界限，即該精簡方法成立。

4 結論

通過此次分析，可以得到雷達槍水面測速與流速儀水面測速呈線性相關，并通過實測資料檢驗成果到達使用精度，可作為測站流量資料的收集手段，提高了測量的時效性與安全性。

對于只能采用流速儀進行測驗的河流，通過測驗垂線精簡提高測流效率。文中將原7 條測量垂線簡化到3 條垂線就可滿足測驗規(guī)范誤差要求，測驗效率可提高2 倍以上。

通過采用新方法或進行精簡分析，使用簡測方案后，既節(jié)省了測流時間，又能及時搶測到洪峰流量，保證了實測流量成果的精度，有效地提高了工作效率，增加了報汛的時效性，適應水文站點多、人員少、時效性強的發(fā)展要求。