SVR雷达枪流速仪在高坝洲水文站应急监测中的应用

杨 成 包小鹏 胡友荠

长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局宜都分局 湖北 宜都 443300

0 引言

为突发公共水事件的应急处置提供科学依据，最大程度地减少人员伤亡和财产损失，保障经济社会全面、协调、可持续发展，提升水文监测能力是水文测报的核心要素。浮标法施测流量是长江委水文荆江局高坝洲水文站大洪水应急预案中的主要测验手段，浮标法施测流量存在受天气、夜晚、水面漂浮物影响，局限性很大。为了提升水文应急监测能力，提高报汛时效，2019年5月，高坝洲水文站在断面上游约0.7km大桥上选择两个固定桥墩，安装SVR雷达枪流速仪施测水面指标流速，与断面平均流速建立关系。

1 SVR雷达枪流速仪系统组成、测量原理及主要参数

1.1 组成

高坝洲水文站SVR雷达枪流速仪为德卡托电子公司产品。由雷达枪、通讯接口和可充电电池构成。

1.2 测量原理

基于多普勒效应原理：在对河流水面进行测速时，雷达向水面发射微波，遇到水面波浪、水泡、漂浮物（被测移动目标物）后，微波将被吸收、反射，反射波的一部分被探头接收，转换成电信号，由测量电路处理并测出多普勒频移，再根据上述原理即可计算出水体的水面流速。

2 测验河段概况

2.1 测站基本情况

高坝洲站为国家基本水文站，设立于1999年，位于长江一级支流清江高坝洲河段。该站集水面积15650km2，测验项目有：水位、流量、降水量、水温、蒸发等。

2.2 河流特性

2018年7月31日，高坝洲水文站实现H-ADCP在线测流和自动报汛。H-ADCP测流断面上游约1.2km有清江高坝洲水利枢纽工程，下游约10km为汇入长江的清江河口。上游来水受高坝洲水利枢纽工程电站蓄、放水控制，有陡涨、陡落的特点，同时，汛期受长江回水顶托影响，本站水位～流量关系极为复杂。

根据高坝洲站资料统计，水尺断面实测最高水位51.01m，实测最低水位37.94m，水位变幅13.07m。实测最小流量0m3/s，最大流量7360m3/s。H-ADCP测验断面呈“U”型，河床稳定、无冲淤，河宽约300m，高水时主泓居中，中低水时主泓偏右。

3 仪器安装

根据SVR雷达枪流速仪特性和比测要求，测点位置流速仪波束范围内流速应具有代表性。SVR雷达枪流速仪安装在高坝洲大桥左、右汊深泓中间位置，仪器固定在桥墩上，安装高度63.38m，流速仪发射波与水面呈45°夹角，发射面距水面最远距离31.42m，波束在最低水位截面长度10.82m。

4 比测率定分析

4.1 比测率定的水位范围

此次比测最高水位为44.54m，最低水位为41.72m，水位变幅2.82m。

4.2 流量率定方法

SVR雷达枪流速仪与H-ADCP同步测验，SVR雷达枪流速仪测得指标流速Vi，直接在H-ADCP实测资料中计算对应断面平均流速Vm。将不同水位级（流量级）测量得到的每组Vi与Vm进行回归分析或点绘相关图。即可得到Vi与Vm的回归方程或关系曲线。

回归方程一般形式为：

式中：Vi为水面指标流速，m/s；

Vm为断面平均流速，m/s；

水道断面流量计算的一般公式为：

Q=AVm

式中：Q为流量，m3/s；

A为断面过水面积

Vm为断面平均流速；m/s；

4.3 率定资料的选取

2019年5月29日～2019年8月13日，高坝洲站H-ADCP断面实测流量32份；实测流量变幅为368～827m3/s，SVR雷达枪流速仪水面指标流速变幅为0.82～1.78m/s。

4.4 率定分析结果

将SVR雷达枪流速仪所测得的水面指标流速与H-ADCP断面实测平均流速建立相关关系，结果显示两者关系显著，相关系数在0.95以上。

4.5 误差分析

采用偏差为±5%的规范标准进行分析。误差在±5%以内的有26次，合格率为81%，高于规范75%的要求。

对断面实测流量和计算流量进行符号、适线和偏离值检验（见表1），标准差为4.4%，随机不确定度为8.8%，系统误差-0.1%，满足《水文资料整编规范》（SL247-2012）关于一类精度站水利因素法的指标要求，三项检验均通过。

表1 断面实测流量与计算流量关系线检验

5 结语

SVR雷达枪流速仪使用雷达技术实现简单，不受夜间或大雾天气干扰，测验历时短，报汛时效快，为大洪水应急监测提供了保障。非接触式雷达流速仪测速时设备不受污水腐蚀，不受泥沙影响，便于维护，人员安全有保障。