靖西水文站固定式雷达测流比测率定分析

兰美标，韦世凤

（百色水文中心靖西水文中心站，广西 靖西 533800）

1 测站概况

龙潭河靖西水文站设立于2012年，位于靖西市新靖镇五隆村，流域集水面积504 km2，流域内主要支流有庞凌河、龙潭河，属珠江流域西江水系左江上游黑水河支流的城镇专用水文站，流量测验三类精度站（巡测站）。

（1）测验断面情况。该站测流断面河道顺直，断面河床为砂卵石，左岸为混泥土防洪堤，右岸为农田。高洪水位时右岸较容易冲刷，形状呈“U”型，洪水期略有冲淤但影响不大，无水草生成。断面上游5 km 处有生活饮用水和农田灌溉水源的龙潭水库，下游无建筑物，无断面迁移情况，流量测验上游30 m处受锦绣古镇二期建设桥梁围堰影响较大，流速左右岸摆动。固定式雷达测流系统断面与基本水尺断面兼流速仪断面位置重合，中泓水位以上流速跟断面平均流速相关密切，代表性强，因探头安装在左岸11.0 m处，低水位基本无流速，中水位以上流速才比较正常。所处河道常年基本稳定，断面面积变化率很小，均在±3%左右，断面稳定、控制良好。

（2）水文特征。自建站以来，龙潭河靖西水文站实测最高水位733.22 m，最低水位731.13 m；实测最大流量114 m3/s，最小流量0.325 m3/s；实测最大流速约1.58 m/s。

2 设备引进和安装调试情况

（1）设备引进。该站及河道条件所限，一直采用走航式ADCP测流，自动化水平较低。为此，该站于2019 年11 月引进了固定式雷达测流系统，旨在解决中高水自动测流问题，同时通过非接触测流方式，进一步提升中高水及超标洪水测验的安全性。固定式雷达测流系统主机型号为RD-200，波段范围（K波段，24 GHz），测速范围0.03～20 m/s，测速精度±0.01 m/s。该固定式测流系统主要有测速仪主机、RTU、传感器、减压阀、电缆、安装支架等组成。

（2）安装调试。固定式雷达测流系统于2019年11月安装完成并通过验收，仪器固定安装在基本断面水位台边上，高程736.50 m（超过100 a 一遇洪水），雷达波探头面垂直水面，位于基本水尺断面兼流速仪测流断面测速垂线11.0 m处，安装水平角度0°，竖直角度（俯角）54.87°。

3 流速率定

3.1 率定目的

靖西水文站固定式雷达法（单探头），实质上是利用多普勒效应，以雷达测速探头测验中泓垂线的水面流速，即雷达虚流速Vi，还无法直接推算出实时流量。必须通过收集资料、率定分析等技术环节，获得雷达虚流速Vi与断面平均流速Vm相关关系，并利用实时水位、水位与过水断面面积关系，进而现实推求实时流量过程的目的。同时，通过试运行与率定分析，还可进一步论证的自动监测系统的稳定性、准确性和可行性，从而真正意义解决本站中高水非接触流量测验问题。

3.2 率定方法

利用固定式雷达自动监测系统测量雷达，数据采集频次为5 min/次；采用走航式ADCP 等方法测定同步断面平均流速Vm。经过多次同步测验后，形成一系列相关关系点据，点据达到一定数量时，即时开展Vi～Vm流速关系率定分析工作。

3.3 率定过程

2020 年4～9 月期间，共收集16 份中高水位级率定成果（见表1），率定水位范围731.62～732.67 m，雷达虚流速范围0.29～1.02 m/s，率定水位变幅占测站历年实测水位变幅的50.2%。

表1 靖西水文站实测流量成果表

4 比测率定结果分析

4.1 率定结果

根据表1，点绘雷达虚流速Vi～ADCP平均流速Vm关系图（见图1）。从图1可见关系点据呈明显带状分布，规律性较好，呈直线趋势，两者相关系数R为0.9 679，相关关系密切。率定结果为y=0.8 829x+0.0 177。

图1 走航式ADCP平均流速～固定式雷达指标流速关系图

4.2 结果分析

根据率定成果推算相应线上流速，经三大检验，计算得标准差为8.3%，随机不确定度为16.6%，系统误差为0.45%。依据《水文资料整编规范》（SL/T 247-2020）有关规定，检验结果均满足规范精度要求。检验结果见表2。

表2 水位流量关系曲线检验计算表

4.3 存在问题分析

（1）由于2020 年雨水较少，水位变幅较小，水位没有达到高水，造成高水无法比测，本次率定分析主要在731.62～732.67 m 水位范围内，且关系点据较少，不足30个实测点。

（2）下一步将根据水情情况，继续加强流速关系空白区，尤其是水位732.67 m以上点据的收集与率定分析工作。

（3）固定式雷达测流系统对低水部分不太适用，尤其是在流速小于0.3 m/s 时（相当于雷达监测系统启动流速），测流精度明显下降。

（4）当前信息软件系统在实时数据整理、整编方面功能偏弱，建议按照《水文资料整编规范》（SL 247-2012）要求，生成可直接下载用于资料整编水位、流量、时间等格式，便于中心站人员开展日常资料整编工作。

5 结论

靖西水文站固定式雷达表面流速的准确性与走航式ADCP表面流速在中泓水位横向分布基本一致，水位流量关系线的适线检验、符号检验、偏离数值均合格，随机不确定符合规范要求，固定式雷达自动监测系统可以在龙潭河靖西水文站使用。