荊山水文站Argonaut—SL測流系統率定分析

李立蓉

摘 要：根據荊山水文站多年對Argonaut-SL測流系統進行的率定分析和水位比測分析，對斷面平均流速關系的建立進行了關系檢驗和誤差分析，從而得出率定結論。

關鍵詞：荊山水文站；SL流量計；中央報汛站；洪水

中圖分類號：P343.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.014

1 荊山水文站的基本概況

1.1 測站概況

荊山水文站位于珠江流域漠陽江水系一級支流潭水河的中上游，所處地點為廣東省陽春市潭水鎮荊山村，地理位置為111°31′51″E，22°02′12″N，至河口42 km，集水面積為950 km2，屬于二類精度站、省重要水文站和中央報汛站，為漠陽江流域的江河治理、防汛抗旱、水資源開發利用，以及水工程的建設管理而設立，系統地收集水文資料。測驗項目有水位、流量、降雨量、泥沙、蒸發和水質。

潭水河洪水主要受鋒面雨和臺風雨的影響，流域上游多高山，河道坡降大、洪水匯流時間短，平均匯流時間約6 h，洪水漲落急劇、峰高、量大。其下游河底坡度平緩，堤圍標準較低，導致局地洪澇災害時常發生。

建站以來，實測最高水位為25.34 m，相應流量為2 600 m3/s，出現日期為2010-09-21；調查最高水位為26.10 m，相應流量為3 140 m3/s，出現日期為1939-06-05.荊山站各級水位的劃分如表1所示，主要水文要素特征值統計如表2所示。

1.2 測驗斷面布設和水流情況

荊山站基本水尺斷面和流速儀測流斷面（基上34 m）所在河段順直，低水流態相對穩定。水位測驗設施為島岸結合式自記臺，設于基本水尺斷面左岸，采用日記式自記水位計和水位固態存儲儀。基本水尺為直立式水尺，安裝在自記臺井柱上。

荊山站水位流量的影響因素較多，水位流量關系比較復雜，該站近5年來年均測流在50次以上，采用臨時曲線法和水位后移法推流。荊山站測流大斷面如圖1所示。

2 SL流量計測驗方法和依據

2.1 測流原理

當聲波頻率在聲源移向觀察者時，SL流量計變高；在聲源遠離觀察者時，由變低的多普勒頻移原理測量水體流速。假定水體中顆粒物與水體流速相同，當顆粒物的移動方向為接近換能器時，換能器接收到的回波頻率比發射頻率高；當顆粒物的移動方向為背離換能器時，換能器接收到的回波頻率比發射頻率低，發射頻率與回波頻率存在差值，差值為：

fd=2fδ（v/c）. （1）

式（1）中：fd為升學多普勒頻移，kHz；fδ為回波頻率，kHz；v為顆粒物沿聲束方向的移動速度，m/s；c為聲波在水中的傳播速度，m/s。

2.2 SL流量計在荊山站安裝斷面情況

選取流速儀測流斷面1980年、1985年、1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2012年汛前實測大斷面成果進行比較，如圖2所示，可明顯看出河床下切趨勢，1990—2010年下切幅度較大，近年來，由于水務部門嚴格規范河道采砂等人工河道作業，河床下切趨勢得到緩解，目前基本趨于穩定。

2.3 軟件參數設置

根據測站斷面情況和河道水文特性，經過不斷調試，對SL流量計系統軟件的主要參數設置如下：指標流速的采樣單元為5～30 m；采樣歷時100 s；采樣間隔為900 s；增加多流層剖面模式中，盲區為5 m，流層10個，每個流層為3.5 m。

3 測定分析

3.1 水位比測分析

本次選取參數設置合理、儀器使用正常、水位變幅較大和流量測量較為集中的2012-04水位資料進行了比測，水位變幅為17.00～21.77 m，水位分布合理。將15 min水位記錄資料與召測水位進行比較，去除237個無效水位數據外，共有數據2 644組。各水位級下各誤差范圍內的合格率如圖3所示。

圖3 各水位級下各誤差范圍內的合格率

由圖3可看出，SL流量計在17.00～19.00 m水位的采集精度比較高；水位超過19.00 m后，SL流量計水位采集誤差隨水位升高而增大，且采集水位比召測水位高。個別時段會出現2～10 cm的誤差，產生誤差的主要原因有以下3點：①召測水位裝有靜水裝置，而SL流量計沒有安裝靜水裝置，導致所測水位受到水面波動的影響較大；②如果水位越高，SL流量計的采集誤差越大，則說明SL流量計水位監測探頭安裝并沒有完全豎直；③河道內漂浮物對儀器的干擾、水情漲落變化較快等因素也會造成一定的誤差。

3.2 指標流速與斷面平均流速關系的建立

由于SL流量計位于流速儀測流斷面下游59 m處，兩斷面形狀基本一致，可采用流速儀測流斷面作為計算斷面，斷面面積為根據實測大斷面查算的斷面面積。根據荊山站2012-03-04實測的大斷面資料，水位與SL指標的流速關系如圖4所示。查算面積的水位以測驗時段的召測水位為準。

4 結論

從本次成果看，SL流量計無疑是一種先進的技術含量高的

測流設備，具有安裝簡便、日常運行成本低、快捷、實時和準確的優點，且抗外界干擾能力強、對不同水流具有較好的適應性。

鑒于本次SL流量計比測率定成果，以及關系曲線適度外延的原則，申報荊山水文站水位在18.00～22.00 m范圍內可應用SL流量計進行測驗，并按照率定的關系線進行資料整編。

荊山水文站水位受洪水漲落的影響，加之高水位時還會受到下游支流匯入頂托的影響，導致洪水漲落較快、測驗時機難以把握、水位流量關系復雜、流量測驗難度和整編難度大。SL流量計投入應用后，可解決流量測驗的難題，較大程度地解放生產力，從而為防災減災、水文行業的發展提供優質服務。

圖4 水位與SL指標流速關系圖

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕