荆山水文站Argonaut—SL测流系统率定分析

李立蓉

摘 要：根据荆山水文站多年对Argonaut-SL测流系统进行的率定分析和水位比测分析，对断面平均流速关系的建立进行了关系检验和误差分析，从而得出率定结论。

关键词：荆山水文站；SL流量计；中央报汛站；洪水

中图分类号：P343.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.014

1 荆山水文站的基本概况

1.1 测站概况

荆山水文站位于珠江流域漠阳江水系一级支流潭水河的中上游，所处地点为广东省阳春市潭水镇荆山村，地理位置为111°31′51″E，22°02′12″N，至河口42 km，集水面积为950 km2，属于二类精度站、省重要水文站和中央报汛站，为漠阳江流域的江河治理、防汛抗旱、水资源开发利用，以及水工程的建设管理而设立，系统地收集水文资料。测验项目有水位、流量、降雨量、泥沙、蒸发和水质。

潭水河洪水主要受锋面雨和台风雨的影响，流域上游多高山，河道坡降大、洪水汇流时间短，平均汇流时间约6 h，洪水涨落急剧、峰高、量大。其下游河底坡度平缓，堤围标准较低，导致局地洪涝灾害时常发生。

建站以来，实测最高水位为25.34 m，相应流量为2 600 m3/s，出现日期为2010-09-21；调查最高水位为26.10 m，相应流量为3 140 m3/s，出现日期为1939-06-05.荆山站各级水位的划分如表1所示，主要水文要素特征值统计如表2所示。

1.2 测验断面布设和水流情况

荆山站基本水尺断面和流速仪测流断面（基上34 m）所在河段顺直，低水流态相对稳定。水位测验设施为岛岸结合式自记台，设于基本水尺断面左岸，采用日记式自记水位计和水位固态存储仪。基本水尺为直立式水尺，安装在自记台井柱上。

荆山站水位流量的影响因素较多，水位流量关系比较复杂，该站近5年来年均测流在50次以上，采用临时曲线法和水位后移法推流。荆山站测流大断面如图1所示。

2 SL流量计测验方法和依据

2.1 测流原理

当声波频率在声源移向观察者时，SL流量计变高；在声源远离观察者时，由变低的多普勒频移原理测量水体流速。假定水体中颗粒物与水体流速相同，当颗粒物的移动方向为接近换能器时，换能器接收到的回波频率比发射频率高；当颗粒物的移动方向为背离换能器时，换能器接收到的回波频率比发射频率低，发射频率与回波频率存在差值，差值为：

fd=2fδ（v/c）. （1）

式（1）中：fd为升学多普勒频移，kHz；fδ为回波频率，kHz；v为颗粒物沿声束方向的移动速度，m/s；c为声波在水中的传播速度，m/s。

2.2 SL流量计在荆山站安装断面情况

选取流速仪测流断面1980年、1985年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2012年汛前实测大断面成果进行比较，如图2所示，可明显看出河床下切趋势，1990—2010年下切幅度较大，近年来，由于水务部门严格规范河道采砂等人工河道作业，河床下切趋势得到缓解，目前基本趋于稳定。

2.3 软件参数设置

根据测站断面情况和河道水文特性，经过不断调试，对SL流量计系统软件的主要参数设置如下：指标流速的采样单元为5～30 m；采样历时100 s；采样间隔为900 s；增加多流层剖面模式中，盲区为5 m，流层10个，每个流层为3.5 m。

3 测定分析

3.1 水位比测分析

本次选取参数设置合理、仪器使用正常、水位变幅较大和流量测量较为集中的2012-04水位资料进行了比测，水位变幅为17.00～21.77 m，水位分布合理。将15 min水位记录资料与召测水位进行比较，去除237个无效水位数据外，共有数据2 644组。各水位级下各误差范围内的合格率如图3所示。

图3 各水位级下各误差范围内的合格率

由图3可看出，SL流量计在17.00～19.00 m水位的采集精度比较高；水位超过19.00 m后，SL流量计水位采集误差随水位升高而增大，且采集水位比召测水位高。个别时段会出现2～10 cm的误差，产生误差的主要原因有以下3点：①召测水位装有静水装置，而SL流量计没有安装静水装置，导致所测水位受到水面波动的影响较大；②如果水位越高，SL流量计的采集误差越大，则说明SL流量计水位监测探头安装并没有完全竖直；③河道内漂浮物对仪器的干扰、水情涨落变化较快等因素也会造成一定的误差。

3.2 指标流速与断面平均流速关系的建立

由于SL流量计位于流速仪测流断面下游59 m处，两断面形状基本一致，可采用流速仪测流断面作为计算断面，断面面积为根据实测大断面查算的断面面积。根据荆山站2012-03-04实测的大断面资料，水位与SL指标的流速关系如图4所示。查算面积的水位以测验时段的召测水位为准。

4 结论

从本次成果看，SL流量计无疑是一种先进的技术含量高的

测流设备，具有安装简便、日常运行成本低、快捷、实时和准确的优点，且抗外界干扰能力强、对不同水流具有较好的适应性。

鉴于本次SL流量计比测率定成果，以及关系曲线适度外延的原则，申报荆山水文站水位在18.00～22.00 m范围内可应用SL流量计进行测验，并按照率定的关系线进行资料整编。

荆山水文站水位受洪水涨落的影响，加之高水位时还会受到下游支流汇入顶托的影响，导致洪水涨落较快、测验时机难以把握、水位流量关系复杂、流量测验难度和整编难度大。SL流量计投入应用后，可解决流量测验的难题，较大程度地解放生产力，从而为防灾减灾、水文行业的发展提供优质服务。

图4 水位与SL指标流速关系图

参考文献

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〔编辑：张思楠〕