黑孜水库（二）站手持雷达枪比测与系数分析

周海龙

（新疆维吾尔自治区阿克苏水文勘测局，新疆 阿克苏 843000）

手持雷达枪因为体积小，便于携带，测验安全，已经成为新时期水文测验使用的新仪器。为了提高黑孜水库（二）水文站应急测验能力，检验手持雷达枪测验精度，需对其进行比测分析和系数率定。

1 概况

1.1 测站基本情况

黑孜水库（二）水文站，设站时间为1960 年5 月，站名为黑孜水库站，1986 年5 月下迁3 km 站名改为黑孜水库（二）站。水系属天山南坡诸河，集水面积16660 km2，至河口距离32 km。测验项目：水位、流量、悬移质单沙、悬移质输沙率、水准测量、水温、降水、20 cm 口径蒸发及E601 蒸发、气温、蒸发辅助项目、水质等[1］。为克孜尔水库出库站，属国家重要水文站。流量测验精度类别为二类测验精度，泥沙测验精度为三类测验精度。为克孜尔水库的工程运行和管理服务，是渭干河干流水量、水质的控制和监测站。采用基面高程（85基准）1105.000 m。

1.2 断面情况

黑孜水库（二）站距测验断面约3 km，测验河段顺直，长约1000 m，为宽浅式河床，河床由砂砾石组成，左右岸为混凝土护岸。中高水主槽宽约50 m～143 m。各级水位水流集中，无岔流、串沟、回水、死水等情况。大断面情况见图1。基上200 m 河心有一岛滩，中低水位时岛滩出露，将水流一分为二，过岛滩后又逐渐汇集成一股水流进入测验河段。河床整体呈左高右低，主槽偏向于右岸。河床由砾石夹砂组成，断面冲淤变化小。测站控制条件较好，水位流量关系呈单一曲线关系。基上1000 m 为水库大坝（水电站）、400 m 处有拱形公路桥。受工程调节影响，部分时间出现河干，水位有时产生突变。高洪期一般在7 月～8 月。

图1 黑孜水库站大断面图

1.3 断面及测验设施设立情况

该测验断面处于克孜尔水库出库段下游，河道两岸为护堤，河床内无较大沟壑，流向顺直，控制良好，基本水尺断面上游约300m 处有取水工程，对测验有一定影响，断面附近无水草无支流汇入的影响，在中高水测验时可能会受漂浮物等条件的限制，漂浮物经常为树木。

基本水尺断面与中浮标、中比降断面重合，基下100 m处为下浮标、下比降断面。基本水尺断面上游400 m 有拱形公路桥一座供高水投放浮标使用，基上20 m 为水文缆道测验断面供中高水测验使用，基本水尺断面兼水文缆车测验断面供中低水测验使用，也可在中高水使用手持雷达枪（SVR）进行测验，基下20 m 为涉水测验断面供枯水测验使用。

2 手持雷达枪（SVR）实验分析

为了分析雷达枪流量测验系数，黑孜水库（二）站于2021 年使用旋浆式流速仪施测了30 次3 点法实测流量资料，手持雷达枪（SVR）测验时同步使用流速仪法施测水面流速，在比测时保证流速仪测速垂线与手持雷达枪（SVR）测速垂线保持一致[2］。测验河段的选择、仪器设备的使用、流量测验方法等均严格按照《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）要求执行，资料可靠[3］。

2.1 仪器的安装使用

通过定制仪器架子，使手持雷达枪（SVR）流速仪的观测俯角固定为40°，其测流断面与流速仪测流断面重合。测验时，使用水文缆车至相应起点距分别架设旋浆式流速仪和手持雷达枪（SVR）。同时，两种仪器使用同一次施测水深求得断面面积，故系统误差也是相同的，这样既满足转子流速仪流量测验规范，也满足手持雷达枪（SVR）测流使用要求。

2.2 主要技术参数

手持式雷达枪（SVR）为德卡托公司生产（简称SVR 雷达枪），主要技术指标：架设高度5 m 至15 m（距水面垂直高度），测速范围0.3 m／s～9.1 m／s，可用于高水期间测量水面流速[4］，适应环境：全天候、雷雨天可正常测流，测量流速时顺流或逆流均可；转子流速仪采用重庆水文仪器厂的LS25-1 旋浆式转子流速仪，测速范围0.04 m／s～3.5 m／s，用于河道高速测量，两种仪器均满足手持雷达枪（SVR）系数率定的测验要求。

本次实验使用一架LS25-1 型180973 号旋桨式流速仪，流速计算公式为V=0.2436 n+0.0096；手持雷达枪（SVR）使用时，水平角为0°俯角小于45°时，仪器具有最佳测量精度。

2.3 水位（流量）级划分

黑孜水库（二）站属二类精度水文站，考虑河流特性、测站测洪能力及影响水位变化的各种要素，水位（流量）级划分参考《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）第4.4 的规定，选择典型年法进行流量级划分，选取1996 年～2021 近26 年资料，根据典型年汛期逐日最高水位，计算频率并绘制频率曲线，见表1。

表1 黑孜水库（二）站水位级划分表

2.4 资料选取

本次实验分析共选用黑孜水库（二）站2021 年1 月～8 月不同水位级手持雷达枪（SVR）与转子流速仪同步实测资料30 份（见表2），在高、中、低不同水位级对比试验，试验基本包含了该站河道的不同水流情况， 水位变幅从1108.69 m至1110.83 m，变幅2.14 m；流量变幅12.2 m3／s～472 m3／s。

表2 手持雷达枪（SVR）测流仪水面流速系数率定表

续表2

3 实验分析

为了保证分析成果的通用性和准确性，在满足《河流流量测验规范》（GB 50179-2015）的定线误差要求的同时，按水文统计学原理，将选用的实测资料进行计算、检查、分析，然后点绘两种仪器所测流量相关关系图，见图2，建立两变量组之间的回归方程，分析其相关关系，率定手持雷达枪（SVR）的测速应用系数。由于施测流量时，考虑到两种仪器不可能同时施测。故采取手持雷达枪（SVR）虚流量拟合精测法定得水位流量关系曲线，利用同水位节点相关。

3.1 统计分析计算

依据比测实验资料，采用手持雷达枪（SVR）虚流量与实流量作相关分析，见图2。从图中可看出虚流量与实流量相关关系较好，相关系数为 0.9997，计算得手持雷达枪（SVR）系数为 0.8439。

图2 雷达枪虚流量与精测法流量相关图

精测法流量绘得关系曲线检验计算得出标准差：2.7%，随机不确定度：5.4%，系统误差：0.0%，由计算结果可知三种检验结果符合规范要求，故定线合理。利用雷达枪虚流量乘以流速系数0.84 后推得的流量拟合实流量绘得关系曲线检验计算。手持雷达枪（SVR）虚流量标准差：2.7%，随机不确定度：5.4%，系统误差：0.6%，见表3。根据三类流量测验精度，各项指标均未超过标准，说明所率定的手持雷达枪（SVR）系数0.84 是合理的。

表3 手持雷达枪（SVR）水面虚流量（整体系数）推求流量检验表

3.2 流量测验系数随水位变化分析

为了分析流量测验系数随水位变化的规律，建立各次流量手持雷达枪（SVR）系数与水位的关系图，见图3。从图中可以看出，水位在1108.69 m～1110.83 m 区间，手持雷达枪（SVR）系数点分布在均值0.84 附近，随水位变化无明显的增加或减小趋势。认为流量测验系数随水位的变化不明显，在不同的水位级手持雷达枪（SVR）系数均可取固定值0.84。

图3 手持雷达枪（SVR）系数随水位变化关系图

4 结语

综合以上分析，2021 年30 个样本得出手持雷达枪（SVR）均值系数0.834，相关分析得出的手持雷达枪（SVR）系数0.8439，说明二者基本一致，手持雷达枪（SVR）系数随水位无明显变化，成带状分布，具有代表性，成果质量可靠。用均值系数只是对相关分析成果进行校核，因此采用相关分析法比测成果，黑孜水库（二）水文站手持雷达枪（SVR）系数确定为0.84。

通过对非接触式雷达波测速仪流量和精测法流量的试验分析，标准差：2.7%，随机不确定度：5.4%，系统误差：0.6%。完全符合《河道流量测验规范》（GB 50179 -2015）的技术要求，证明手持雷达枪（SVR）可以在该站进行流量测验。