姚江大闸SL流量自动监测站参数率定

罗 艺，孙德勇，莫明辉，赵立锋

（1.宁波市水文站，浙江 宁波 315020；2.浙江省河海测绘院，浙江 杭州 310008）

1 站点情况介绍

姚江大闸站设立于1961年，为国家基本水文站，该站位于姚江大闸上游330 m处，离姚江出口（宁波三江口）约3.5 km，站址以上集水面积1934 km2。2009年在姚江左岸建成SL流量自动监测站并投入使用；2014年站台重建，流量自动监测站也随之重建并投入使用。

姚江大闸站断面形态较为规则，断面长度约210 m，其最深点高程为- 3.87 m，流量计安装位置高程约为- 1.96 m，距离河底距离约为1.00 m。

该站采用Sontek Argonaut - SL500测流仪监测断面流量，采样间隔为300 s，平均时间为60 s，流层大小为10 m，流层个数为1，指标流速可选区域为5 ～ 120 m。

2 参数率定

2.1 水位面积关系

根据姚江大闸站率定断面资料，结合姚江大闸站的历史最高、最低水位，在水位- 2.50 ～ 3.50 m，每1 cm进行面积计算，然后根据数据点进行回归分析，获取水位面积关系：

式中：x为水位（m）；y为过水面积（m2）。

姚江大闸率定断面见图1。

图1 姚江大闸率定断面图

2.2 指标流速与断面平均流速关系

采用走航式ADCP[1]进行流量观测，在2015年7月至2016年7月共获取135组有效测次流量，断面平均流速变幅为 0.12 ～ 0.56 m/s，指标流速变幅为 0.08 ～ 0.47 m/s，水位变幅为0.70 ～ 2.17 m。对于该站不同孔况下的流速数据进行统一率定，测验数据在高、中、低水位及不同流速级分布较为均匀，符合率定要求。经计算机自动定线，建立姚江大闸站指标流速与断面平均流速的曲线关系（见图2）。

图2 指标流速与平均流速的关系图

根据SL 247 — 2012《水文资料整编规范》[3]要求，对上述回归方程y = 1.149x + 0.051进行定线精度分析与关系曲线三线检验，得出断面平均流速对关系曲线的标准差Se =5.07%，随机不确定度2Se =10.14%≤13.00%，系统误差|- 0.17%|≤2.00%，符合要求。

关系曲线检验计算如下：

（1）符号检验：n =135，K =72（K为正号个数），u =0.69＜1.15（显著性水平α = 0.25），符号检验通过。

（2）适线检验：n = 135，不变换符号“0”次数为68，变换符号“1”次数为67，u = - 0.09＜1.64（显著性水平α = 0.05），适线检验通过。

（3）偏离数值检验：n = 135，平均相对偏离值ΔP =- 0.17%，ΔP的标准差SΔP = 0.43%，统计量t = - 0.39，│t│= 0.39＜1.65（显著性水平α = 0.10），偏离数值检验通过。

上述3种方法对指标流速与断面平均流速关系曲线的三线检验，全部达到SL 247—2012《水文资料整编规范》规范要求，定线正确。

2.3 指标流速、水位与断面流量关系

SL流量计由指标流速通过关系曲线算出断面平均流速，并由水位面积关系计算断面面积，从而实现对流量的自动监测。三者之间关系如下：

式中：Q为流量（m3/s）；V1为指标流速（m/s），0.08≤V1≤0.47 m/s；H为水位(m)，- 2.50≤H≤3.50 m。

3 流量精度比较

利用水流仪法（11条垂线，0.6H层）和率定后的SL流量自动监测进行比较，结果显示相对误差不大于7.00%，SL流量自动监测精度较高，适用于流量监测。比较结果见表3。

表3 流量精度对照分析表

4 结 语

（1）通过本次流量率定工作可以看出，SL流量计可以较好地应用于流量监测，比起传统的水文流量测量具有自动、实时、简便、准确、日常运行维护成本低等优点，对于不同的水域具有较强的适应性，可进行推广使用。

（2）SL流量计的成功使用可以大大减轻姚江大闸站的流量监测工作，为姚江流域的水文预报和监测提供技术手段，推进宁波市水文工作的信息化发展。