浅析电波流速仪在水文站的应用

2015-07-25任新群

陕西水利 2015年6期

◎任新群

1 概述

临潼水文站集水面积97299km2，为渭河下游干流控制站。该站洪水主要来源为渭河咸阳站以上干流及各支流来水，具有明显的水沙异源特性。以渭河干流来水和灞河来水为主时，洪水相对平稳。以泾河来水为主时，洪水暴涨暴落，常规缆道测流速度较慢，应用电波流速仪施测水面流速速度快、安全性能高，可提高洪水测验的时效性。

2 电波流速仪测量原理

电波流速仪测量原理采用多普勒效应，即声波发生器向水中发射固定频率的声波短脉冲，这些声脉冲碰到水中的散射体（浮游生物，泥沙等）将发生散射，被散射体反射回的声波就会被接收器接收到。通过测量频差，计算得到水流的速度。

3 比测资料

采用电波流速仪测水面流速与旋桨式流速仪测垂线流速进行比测率定，二者同步进行施测。采用缆道悬挂吊箱，人工手持电波流速仪，按电波流速仪操作要求测定不同垂线的水面流速。旋桨式流速仪测垂线平均流速是根据电波流速仪测速垂线的位置，采用缆道铅鱼固定流速仪测出相对应的垂线平均流速。

4 电波流速仪水面流速系数分析计算

4.1 电波流速仪水面流速系数分析计算

（1）均值法

根据临潼站40次比测资料的断面平均流速与电波流速仪指标流速，按K=Vm/V0.0式分别计算测次电波流速仪水面流速系数，取均值，计算得临潼站电波流速仪水面流速系数为0.8215。式中：K=电波流速仪水面流速系数；Vm=流速仪断面平均流速；V0.0=电波流速仪断面水面流速。

（2）相关曲线法

根据断面平均流速与电波流速仪断面平均流速，建立相关关系，点绘流速仪断面平均流速与电波流速仪断面平均流速相关关系图，计算出流速仪断面平均流速与电波流速仪断面平均流速相关系数为0.8648，见附图1。

另根据垂线平均流速与电波流速仪水面流速，建立相关关系，点绘流速仪垂线平均流速与电波流速仪水面流速系数相关关系图，计算出流速仪垂线平均流速与电波流速仪水面流速系数相关系数为0.8665，见附图2。

（3）回归方程法

采用流速仪断面平均流速与电波流速仪断面平均流速，采用回归方程法分析计算电波流速仪水面流速系数。计算得临潼站回归方程为：V垂线=0.8247V电波，相关系数为 0.83，相关关系为0.9784，回归方程见附图1。

采用流速仪垂线平均流速与电波流速仪水面平均流速，采用回归方程法分析计算电波流速仪水面流速系数。计算得临潼站回归方程为：

图1 临潼水文站电波流速仪水面流速系数相关图（断面平均流速）

图2 临潼水文站电波流速仪水面流速系数相关图（垂线平均流速）

V垂线=0.8232V电波，相关系数为0.82，相关关系为0.9267；回归方程见附图2。

4.2 系数分析检验评定

对临潼站相关曲线进行三项检验，即符号检验、适线检验和偏离数值合理性检验。符号检验显著性水平α选用0.25，适线检验显著性水平α选用0.10,偏离数值显著性水平α选用0.20。

1 符号检验

（1）检验公式

式中：u——统计量；n——测点总数；K——正号或负号个数。

（2）检验方法与临界值

符号检验是以实测流量总点数视为抽取的样本资料容量，检验正、负号的概率是否满足各为50%的假设条件，来判断所定关系曲线是否合理。根据《水文资料整编规范》SL247-2012第 2.4.1.4条第 1款，显著性水平α=0.25时，统计量为0.158，小于规范符号检验临界值1.15。

2 适线检验

（1）检验公式

式中：u——统计量；n——测点总数；K——变换符号次数。

（2）检验方法

将各测点偏离曲线的正、负号（偏离值为零时，按0.5次计），依次与前一点的符号比较，相邻两点同号者记为0，异号者记为1，可得n-1个数号。如曲线与实测点配合良好，则出现0和1的机会相等，即假设变换符号“1”与不变换符号“0”的概率各为50%。再将测点总数n及变换符号次数K代入公式，与允许值进行比较，来判断实测点与曲线的适线是否合理。根据《水文资料整编规范》SL247-2012第2.4.1.4条第 2款，显著性水平α=0.10时，统计量为0.320，小于适线检验临界值1.28。

3 偏离数值合理性检验

（1）检验公式

式中：Pi——测点与关系曲线的相对偏离值；n——测点总数；P平——平均相对偏离值；s P平——P平的标准差；s——P的标准差；t——统计量。

（2）检验方法

在目估定线时，用t检验法进行假设检验。如假设P的总体均值为0，则上式服从自由度为n-1的t分布。检验时，按上式计算t值，并与自由度为k为n-1的临界值进行比较，判断实测点与相关曲线偏离数值的合理性。根据《水文资料整编规范》SL247-2012第2.4.1.4条第 3款，显著性水平α=0.20时，统计量为0.103，小于偏离数值合理性检验临界值1.30。