SVR雷達槍流速儀在高壩洲水文站應急監測中的應用

楊 成 包小鵬 胡友薺

長江水利委員會水文局荊江水文水資源勘測局宜都分局 湖北 宜都 443300

0 引言

為突發公共水事件的應急處置提供科學依據，最大程度地減少人員傷亡和財產損失，保障經濟社會全面、協調、可持續發展，提升水文監測能力是水文測報的核心要素。浮標法施測流量是長江委水文荊江局高壩洲水文站大洪水應急預案中的主要測驗手段，浮標法施測流量存在受天氣、夜晚、水面漂浮物影響，局限性很大。為了提升水文應急監測能力，提高報汛時效，2019年5月，高壩洲水文站在斷面上游約0.7km大橋上選擇兩個固定橋墩，安裝SVR雷達槍流速儀施測水面指標流速，與斷面平均流速建立關系。

1 SVR雷達槍流速儀系統組成、測量原理及主要參數

1.1 組成

高壩洲水文站SVR雷達槍流速儀為德卡托電子公司產品。由雷達槍、通訊接口和可充電電池構成。

1.2 測量原理

基于多普勒效應原理：在對河流水面進行測速時，雷達向水面發射微波，遇到水面波浪、水泡、漂浮物（被測移動目標物）后，微波將被吸收、反射，反射波的一部分被探頭接收，轉換成電信號，由測量電路處理并測出多普勒頻移，再根據上述原理即可計算出水體的水面流速。

2 測驗河段概況

2.1 測站基本情況

高壩洲站為國家基本水文站，設立于1999年，位于長江一級支流清江高壩洲河段。該站集水面積15650km2，測驗項目有：水位、流量、降水量、水溫、蒸發等。

2.2 河流特性

2018年7月31日，高壩洲水文站實現H-ADCP在線測流和自動報汛。H-ADCP測流斷面上游約1.2km有清江高壩洲水利樞紐工程，下游約10km為匯入長江的清江河口。上游來水受高壩洲水利樞紐工程電站蓄、放水控制，有陡漲、陡落的特點，同時，汛期受長江回水頂托影響，本站水位～流量關系極為復雜。

根據高壩洲站資料統計，水尺斷面實測最高水位51.01m，實測最低水位37.94m，水位變幅13.07m。實測最小流量0m3/s，最大流量7360m3/s。H-ADCP測驗斷面呈“U”型，河床穩定、無沖淤，河寬約300m，高水時主泓居中，中低水時主泓偏右。

3 儀器安裝

根據SVR雷達槍流速儀特性和比測要求，測點位置流速儀波束范圍內流速應具有代表性。SVR雷達槍流速儀安裝在高壩洲大橋左、右汊深泓中間位置，儀器固定在橋墩上，安裝高度63.38m，流速儀發射波與水面呈45°夾角，發射面距水面最遠距離31.42m，波束在最低水位截面長度10.82m。

4 比測率定分析

4.1 比測率定的水位范圍

此次比測最高水位為44.54m，最低水位為41.72m，水位變幅2.82m。

4.2 流量率定方法

SVR雷達槍流速儀與H-ADCP同步測驗，SVR雷達槍流速儀測得指標流速Vi，直接在H-ADCP實測資料中計算對應斷面平均流速Vm。將不同水位級（流量級）測量得到的每組Vi與Vm進行回歸分析或點繪相關圖。即可得到Vi與Vm的回歸方程或關系曲線。

回歸方程一般形式為：

式中：Vi為水面指標流速，m/s；

Vm為斷面平均流速，m/s；

水道斷面流量計算的一般公式為：

Q=AVm

式中：Q為流量，m3/s；

A為斷面過水面積

Vm為斷面平均流速；m/s；

4.3 率定資料的選取

2019年5月29日～2019年8月13日，高壩洲站H-ADCP斷面實測流量32份；實測流量變幅為368～827m3/s，SVR雷達槍流速儀水面指標流速變幅為0.82～1.78m/s。

4.4 率定分析結果

將SVR雷達槍流速儀所測得的水面指標流速與H-ADCP斷面實測平均流速建立相關關系，結果顯示兩者關系顯著，相關系數在0.95以上。

4.5 誤差分析

采用偏差為±5%的規范標準進行分析。誤差在±5%以內的有26次，合格率為81%，高于規范75%的要求。

對斷面實測流量和計算流量進行符號、適線和偏離值檢驗（見表1），標準差為4.4%，隨機不確定度為8.8%，系統誤差-0.1%，滿足《水文資料整編規范》（SL247-2012）關于一類精度站水利因素法的指標要求，三項檢驗均通過。

表1 斷面實測流量與計算流量關系線檢驗

5 結語

SVR雷達槍流速儀使用雷達技術實現簡單，不受夜間或大霧天氣干擾，測驗歷時短，報汛時效快，為大洪水應急監測提供了保障。非接觸式雷達流速儀測速時設備不受污水腐蝕，不受泥沙影響，便于維護，人員安全有保障。