制材廠站RG-30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀測流比測分析報告

時 強

（新疆維吾爾自治區昌吉水文勘測局，新疆 昌吉 831100）

通過制材廠站流量測驗對比分析。RG30型非接觸式流速儀具有傳感器信息采集數據可靠，內置電臺通訊暢通、軟件操作和設備安裝簡便，易行易會，能夠在特殊水情下(漂浮物多)和大雨、黑夜等惡劣自然環境中穩定地工作。完成流量測驗,RG30型非接觸式流速儀是解決基層測站流量測驗和中小河流應急監測的可選設備。

1 概況

制材廠水文站為頭屯河的區域代表站，設立于1957年5月，屬國家基本水文站。位于新疆烏魯木齊縣甘溝鄉謝家溝村，地理位置位于東經87°00′,北緯43°31′，測站海撥高度為1430.00 m，現測驗斷面以上集水面積840 km2，流域來水量主要以冰川融雪和降水補給為主。

2 比測目的

由于RG-30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀的工作原理不同，因此結果存在系統偏差。通過收集對比分析兩種儀器所測流量資料，將兩者建立相關關系,找出相關系數,再用系數改正后的RG-30型非接觸式流速儀流量與旋漿式流速儀流量進行線性分析,以達到相對偏差和系統誤差在允許范圍內，使其能夠在比測站點的河流流量測驗中應用，達到自動觀測目的。

3 測站水位（流量）級劃分

制材廠站為流量測驗二類精度水文站，根據頻率計算劃分出：當流量小于22.7 m3/s 時為低水，流量在22.7 m3/s～62.7 m3/s時為中水，流量大于62.7 m3/s 時為高水。

4 比測方法的選取

為保證比測數據系列的一致性，旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式流速儀的測速垂線施測位置重合，均在起點距10.0 m、14.0 m 和16.0 m 處并同步進行流速測量[1]。

為保證比測數據時間的同步性，在7 月3 日～8 月27 日，采用旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式流速儀在同一基本斷面同步施測。

比測方法采用旋漿式流速儀測得的32 份流量與RG-30型非接觸式流速儀同步測得的32 份流量進行對比分析，建立兩組數據的相關關系，進行線性分析。

5 比測實驗內容

主要根據《水文巡測規范》(SL 195-2015)有關技術要求，用旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式流速儀進行流量的對比觀測，旋漿式流速儀型號為：LS(25-1)型。

比測時段分布于主汛期7 月3 日～8 月27 日間，共比測32次，比測水位變幅2.80 m～3.37 m、流量變幅10.4 m3/s～65.1 m3/s、最大流速1.42 m/s～3.68 m/s、低水23 次、中水8 次、高水1 次。具體比測流量數據見表1[2]。

比測數據分析過程如下：

1）本次分析中，在起點距10.0 m、14.0 m 和16.0 m 處3 臺RG30型非接觸式流速儀分別測得水面流速，采用均勻浮標法原理對測驗數據進行處理，計算得出32 份斷面虛流量數據，見表1。

表1 RG30型非接觸式與旋漿式流速儀32 組實測流量數據對比分析表

2）將旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式測速儀分別測得的32 份流量數據建立線性關系，見圖1。

圖1 制材廠站RG30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀32 組流量分析圖

3）建立線性關系后找出相關系數,再用系數改正后的RG30型非接觸式流速儀流量與旋漿式流速儀流量進行誤差分析，見表2。

4）將相對偏差不符合規范要求的流量數據剔除后的16 組流量數據再次進行線性分析，見圖2 和表2。

表2 RG30型非接觸式與旋漿式流速儀16 組實測流量數據對比分析表

圖2 制材廠站RG30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀16 組流量分析圖

6 比測結果分析及誤差評定

1）誤差

誤差計算包括相對偏差、系統誤差，計算公式如下：

相對偏差Pi：

式中：Qi為旋漿式流速儀實測流量；Qci為RG30型非接觸式流速儀實測流量；n 為實測流量份數。

2）點繪32 組RG-30型非接觸式流速儀實測流量與流速儀實測斷面流量分析圖建立相關關系，關系點散亂，相對偏差范圍為-14.5%～23.2%，系統誤差為2.68%，不符合《水文巡測規范》SL195-2015 有關技術要求（相對偏差范圍±5%以內，系統偏差范圍-2.5%～1%以內)。

造成關系點散亂的原因是：參與比測的32 組數據中有16 組數據超過相對偏差規范范圍，不符合《水文巡測規范》（SL195-2015）有關技術要求（相對偏差范圍±5%，系統誤差范圍-2.5%～1%）。偏差超范圍的流量數據主要集中在8 月份，經查明此時設備處于故障恢復調試過程中，數據收集有誤屬于客觀原因無法避免。

剔除上述不符合規范要求的16 組關系點后，余下16 組數據的相對偏差范圍為-4.2%～4.7%，系統誤差為0.85%，符合《水文巡測規范》（SL 195-2015）有關技術要求（相對偏差范圍±5%以內，系統誤差范圍-2.5%～1%以內)。再進行線性分析，此時相關關系好，關系點集中，相關顯著性高，R 值為0.9981。見圖2[3]。

7 結論

根據RG30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀測得的32 組實測流量數據，建立相關關系，得到y=0.905x+2.183,R值為0.9858。

剔除偽數據后，用符合技術要求的16 組流量數據進行線性分析得到y=0.8983x+2.4123，R 值為0.9981。

經對比分析以上兩種計算方法，剔除偽數據后的系統誤差和相對偏差小，相關顯著性高，均符合《水文巡測規范》SL 195-2015有關技術要求，所以剔除偽數據后的流量比測結果合理、可靠。RG30型非接觸式流速儀可以作為流量測驗設備在測站使用。