鲁台子水文站手持电波流速仪系数率定分析

陈海涛

（安徽省阜阳水文水资源局，安徽 阜阳 236000）

1 引言

水文测流设备随着科技的发展，变得越发先进、易操作，水文站运用先进测流量设备可以节省人力，物力，还解决了某些特殊情况下传统的流速仪无法施策的问题。鲁台子水文站水面经常有风浪影响，且过往船只也较多，运用传统的流速仪不仅耗费精力，且施策有一定的安全隐患。采用手持电波流速仪可以较大减少测流时间，提升测流效率，可以应急测流使用，尤其对于水位过高出现的滩地施测流量非常适用。依据河流测验规范，各种测流方法所使用的仪器在投入使用前，应与流速仪进行比测率定。因此，文章依据相应实测资料对鲁台子水文站手持电波流速仪进行对比分析与系数率定，为该站使用电波流速仪在抢测流量时提供了可靠的参考依据，提高流量测验的可信度。

2 测站简介与特性

鲁台子水文站属于一类精度站，位于淮河中游上，全年驻测，观测项目齐全，工作任务重，集水面积88 630 km2，多年平均水位是18.15 m，多年平均流量714 m3/s，距下游河口294 km，汇入洪泽湖。

测验断面为复式断面，大体呈“U”型。断面主流方向基本稳定，河床土质为砂壤土，稍有冲淤变化。流速仪测流断面在本站基本水尺断面下游105 m 处，上游12 km 处左岸有颍河汇入，18 km 处右岸有淠河汇入。受洪水波附加比降的影响，淮河河道水位与流量往往不是单一关系而是呈绳套关系。水位流量关系因受洪水涨落和回水顶托的影响非常明显，洪水涨落时相同流量的水位差别较大，即绳套变化幅度较大。

3 电波流速仪系数分析与检验

3.1 分析数据选取

文章选取鲁台子水文站2020、2021 年共21 份（2020 年9份，2021 年12 份）流量比测试验资料，选取的流量资料均排除明显的系统偏差，且测验水位流量均匀布设在水位级的各个时期，水位变幅从18.12 m 至19.96 m，变幅1.80 m，流量变幅在465 ～1 950 m3/s，变幅达1 500 m3/s，测验仪器采用转子式LS25-3A型流速仪。

3.2 分析方法

依据《河流流量测验规范》规定，畅流期水面系数率定选用多点法测速资料与水面流速资料进行分析确定。文章对水面流速系数分析如下：选择转子式流速仪计算所得流量作为断面流量的参考值，将电波流速仪所得的虚流量与参考值进行对比，相关结果建立回归方程，最终确定电波流速仪的系数，同时对其进行三项检验，确定是否符合规范要求。

3.2.1 分析过程

此次试验共21 份流量比测资料，将转子式垂线平均流速所得流量与相应的电波流速仪水面测点流速所得流量进行比值，即可得到水面流速系数。具体率定成果如表1～2和图1～2：

图1 鲁台子2020年水面系数相关关系图

表2 鲁台子水文站2021年转子式与电波流速仪比测资料表

3.2.2 比测系数过程分析

两年中，各年实测流量与虚流量的比值范围相对较为固定，求得的比测系数范围0.82～0.92，求算术平均系数为0.87；相关系数图中，二年中回归方程斜率均在0.87 附近，相关系数R均近似等于1，相关性好，将相关图中的斜率（即系数）算术平均，可得电波流速仪的系数为0.87。

现将分析得出的电波流速仪系数进行三重检验与误差分析，将试验资料中的电波流速仪虚流量分别乘以水面系数0.87得到Qi。

通过三重检验成果可知，鲁台子站电波流速仪系数通过三重检验，流速仪系数的系统误差为0.40%，随机不确定度为3.40%。依据《河流流量测验规范》规定：鲁台子为一类精度水文站，根据误差要求分析，鲁台子水文站分析计算得出的误差均在规定范围之内。

3.3 比测结果分析

试验得出的电波流速仪流速系数为0.87，科学合理。并且通过误差分析与检验，符合规范要求，得出的系数可信度较高。以下是对试验的不足与结论分析。

3.3.1 此次试验不足

①因鲁台子站断面较宽，中高水时流速较大，采用流速仪法施测耗费人力，时间，且存在一定的风险，故采集所得的此次分析的试验资料次数不多。②此次比测资料水位变幅范围稳定在2 m 之内，施测水位流量基本选用在中高水期，对于枯水与高水分析不足可能对分析结果有一定的影响。

图2 鲁台子2021年水面系数相关关系图

3.3.2 率定结论

①淮河水流常年流速较大，且逆流情况极少等水流特性较为符合电波流速仪使用范围。②比测计算表中可得，系数范围在0.81～0.91之间跳动，说明系数稳定度不是很高，日后还需更多试验资料进行率定。③电波流速仪在受测船摆动影响较大，因此，使用时应尽量固定流速仪的探头位置，且大风雷电天气应尽量减少使用。

4 结论

通过对鲁台子2020、2021年两年比测资料分析，鲁台子电波流速仪系数为0.87，且线性关系好。通过对结果进行三重检验与相关规范进行分析比较，该系数科学合理地，满足误差要求，采用电波流速仪为鲁台子水文站施测流量提供了全新方法，在保证流量资料精度与可信度的前提下节省了人力，时间，提高了安全性。