薛海荣

（新疆维吾尔自治区昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100）

根据RG30型非接触式流速仪与旋浆式流速仪测得的32组实测流量数据，建立相关关系，剔除伪数据后的系统误差和相对偏差小，相关显著性高，均符合《水文巡测规范》（SL 195-2015）有关技术要求，所以剔除伪数据后的流量比测结果合理、可靠。RG30型非接触式流速仪可以作为流量测验设备在测站使用。

1 基本情况

碾盘庄（三）站是昌吉市境内的三屯河水量控制站，设立于1956年6 月，属省级重要水文站和自治区级报汛站。集水面积1636 km2，河长103 km，测站高程1088 m，河道纵坡降为17.3‰。流域来水量主要以冰川融雪和降水补给为主[1]。

2 比测目的

为了提高水文测验科技含量和自动化水平，适应现代社会对水文测验的要求，降低野外测验人员工作强度，实现水文测验资料监测自动化。

3 仪器设备类型及技术指标

RG-30型非接触式流速仪（以下简称微波流速仪）工作原理：脉冲雷达波测距，采用发射—反射—接收的工作模式。电磁波通过雷达天线发射出，经被测物表面反射后，再被天线接收。该设备自带垂直角度修正传感器，可以在固定安装和移动过程中测得可靠数据。另外，雷达传感器可以在河流两用（可以输入与主流夹角）、渠道、柔性缆道上测量流速，微波流速仪主要技术参数见表1[2]。

表1 RG-30型非接触式流速仪主要技术参数统计表

碾盘庄站的4 台微波流速仪安装在测验断面专用缆道上，布设在测验河段主流位置，分别布设在测验断面起点距14.0 m、18.0 m、24.0 m、30.0 m 处，与流速仪测速垂线位置重合并同步进行流速测量。

4 测站水位（流量）级划分

碾盘庄站为流量测验二类精度水文站，根据频率计算划分出：比测水位当水位低于1083.21 m 时，流量小于30.1 m3/s 时为低水，水位在1083.21 m～1084.11 m 时，流量在30.1 m3/s～120 m3/s时为中水，水位高于1084.11m，流量大于120m3/s时为高水。

5 比测资料的选取与分析

为保证比测数据时间的同步性和比测数据系列的一致性，比测方法采用旋浆式流速仪（以下简称流速仪）测得流量与微波流速仪同步测得流量进行对比分析，分析资料选用2020年5 月11 日～9 月28 日同步实测资料48 份。碾盘庄站的4 台微波流速仪安装在测验断面专用缆道上，布设在测验河段主流位置，分别布设在测验断面起点距14.0 m(微波测速仪4#探测器)、18.0 m（微波测速仪1#探测器）、24.0 m（微波测速仪2#探测器）、30.0 m（微波测速仪3#探测器）处，与流速仪测速垂线位置重合并同步进行流速测量。微波测速仪3#测速仪在起点距30.0 m 处，碾盘庄站断面为复式断面起点距30.0 m（微波测速仪3#探测器）处在河道左岸常期无水，3#微波测速仪测得流速不具有代表性，分析数据时舍去。微波测速仪2#测速仪在起点距24.0 m 处，24.0 m 处在左岸水边，所以不做单独分析。1#测速仪在18.0 m处，所处主流位置流速较为稳定可作为单独分析数据。4#测速仪在14.0 m 处，所处次主流位置流速较为稳定可作为单独分析数据。1#和4#测速仪位置流速较为稳定可作为合并分析数据。1#、4#、2#测速仪均分布在主流、次主流、岸过位置，使用与流速仪实测流量计算方法进行计算流量。剔除5 份微波测速仪不完整流速，选取43 份流速测验流量作为分析资料进行分析[3]。

6 比测分析方法及误差评定

分析方法主要根据《水文巡测规范》(SL 195-2015)有关技术要求，采用流速仪实测断面流量与微波流速仪实测断面流量进行分析，微波流速仪流量计算采用面积流速法计算，计算流量有单条测速垂线、两条测速垂线和三条垂线。单条垂线流量计算：实测断面面积乘以垂线流速求得。两条垂线流量计算：实测断面面积乘以两条垂线平均流速求得流量。三条垂线流量计算与流速仪实测流量计算方法相同。

比测时段分布于主汛期5 月11 日～9 月28 日间，共比测43次，比测水位变幅1082.73 m～1083.85 m、流量变幅9.85 m3/s～84.2 m3/s、流速1.35 m/s～2.79 m/s 之间、低水26 次、中水64 次。

比测数据分析过程如下：一次分析，起点距18.0m（微波测速仪1#探测器）、14.0 m（微波测速仪4# 探测器）、14.0 m 和18.0 m（微波测速仪1#和4#探测器）处2 台微波流速仪分别测得水面流速，采用中泓浮标法、14.0 m 和18.0 m 和24.0 m（微波测速仪1#和2#和4#探测器）处3 台微波流速仪分别测得水面流速采用均匀浮标法原理对测验数据进行处理，计算得出90 份断面虚流量，与流速仪实测断面流量进行相关线性和多项式分析，分析结果见表2。

表2 第一次线性和多项式分析

从分析结果来看，测点合格率较低。相关线性分析：相对误差超过±5%的测点有101 个，占总数的57.1%，测点平均合格率为42.9，系统误差在-1.87～-0.29 之间。

多项式分析：相对误差超过±5%的测点有101 个，占总测点数57.1%，测点平均合格率为42.9，系统误差在-1.56～4.64 之间。与《水文巡测规范》（SL 195-2015）技术要求，单次流量比测相对偏差范围±5%以内，系统误差范围-2.5%～1%以内要求偏差较大。

二次分析，起点距18.0 m（微波测速仪1#探测器）、14.0 m（微波测速仪4#探测器）、14.0 m 和18.0 m（微波测速仪1#和4#探测器）处2 台微波流速仪分别测得水面流速，采用中泓浮标法、14.0 m 和18.0 m 和24.0 m（微波测速仪1#和2#和4#探测器）处3 台微波流速仪分别测得水面流速采用均匀浮标法原理对测验数据进行处理，计算得出90 份断面虚流量，见附表，与流速仪实测断面流量进行相关线性和多项式分析，分析结果见表3。

表3 第二次线性和多项式分析

从分析结果来看，相关线性分析：相对误差超过±5%的测点有14 个，占总数的15.6%，测点平均合格率为83.2，系统误差在-0.14～0.05 之间。其中1#、4#探测器相对误差超过±5%的测点有2 个合格率较高，系统误差为-0.02。

多项式分析：相对误差超过±5%的测点有17 个，占总测点数18.9%，测点平均合格率为81.1，系统误差在-0.26～1.85之间。与《水文巡测规范》（SL 195-2015）技术要求，单次流量比测相对偏差范围±5%以内，系统误差范围-2.5%～1%以内要求偏差较大。

7 结论与建议

7.1 结论

微波测速仪90 份实测流量与流速仪测得43 份实测流量数据，建立相关线性与多项式关系，其相关显著性R 值均在0.9902～0.9955 之间，其两组数据相关显著性高，满足推算要求。从以上分析结果来看，微波测速仪满足水文测站在线测量使用。

测站使用微波测速仪换算公式见表4。

表4 微波测速仪换算公式

7.2 建议

1）通过碾盘庄站流量测验对比分析。微波流速仪具有传感器信息采集数据可靠，内置电台通讯畅通、软件操作和设备安装简便，易行易会，能够在特殊水情下(漂浮物多)和大雨、黑夜等恶劣自然环境中稳定地工作。经分析证明微波流速仪可作为测站流量测验和中小河流应急监测的可选设备。推荐选用1#+4#探测器的微波平均流速计算断面流量，备用1#探测器，4#探测器,1#+2#+4#探测器的微波平均流速计算断面流量。

2）在今后的测验中应尽量收集中、高水比测资料，完善分析方案。

3）出现问题及时维护校测，保证监测数据的连续性。