制材廠站RG-30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀測(cè)流比測(cè)分析報(bào)告

時(shí) 強(qiáng)

（新疆維吾爾自治區(qū)昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100）

通過制材廠站流量測(cè)驗(yàn)對(duì)比分析。RG30型非接觸式流速儀具有傳感器信息采集數(shù)據(jù)可靠，內(nèi)置電臺(tái)通訊暢通、軟件操作和設(shè)備安裝簡(jiǎn)便，易行易會(huì)，能夠在特殊水情下(漂浮物多)和大雨、黑夜等惡劣自然環(huán)境中穩(wěn)定地工作。完成流量測(cè)驗(yàn),RG30型非接觸式流速儀是解決基層測(cè)站流量測(cè)驗(yàn)和中小河流應(yīng)急監(jiān)測(cè)的可選設(shè)備。

1 概況

制材廠水文站為頭屯河的區(qū)域代表站，設(shè)立于1957年5月，屬國家基本水文站。位于新疆烏魯木齊縣甘溝鄉(xiāng)謝家溝村，地理位置位于東經(jīng)87°00′,北緯43°31′，測(cè)站海撥高度為1430.00 m，現(xiàn)測(cè)驗(yàn)斷面以上集水面積840 km2，流域來水量主要以冰川融雪和降水補(bǔ)給為主。

2 比測(cè)目的

由于RG-30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀的工作原理不同，因此結(jié)果存在系統(tǒng)偏差。通過收集對(duì)比分析兩種儀器所測(cè)流量資料，將兩者建立相關(guān)關(guān)系,找出相關(guān)系數(shù),再用系數(shù)改正后的RG-30型非接觸式流速儀流量與旋漿式流速儀流量進(jìn)行線性分析,以達(dá)到相對(duì)偏差和系統(tǒng)誤差在允許范圍內(nèi)，使其能夠在比測(cè)站點(diǎn)的河流流量測(cè)驗(yàn)中應(yīng)用，達(dá)到自動(dòng)觀測(cè)目的。

3 測(cè)站水位（流量）級(jí)劃分

制材廠站為流量測(cè)驗(yàn)二類精度水文站，根據(jù)頻率計(jì)算劃分出：當(dāng)流量小于22.7 m3/s 時(shí)為低水，流量在22.7 m3/s～62.7 m3/s時(shí)為中水，流量大于62.7 m3/s 時(shí)為高水。

4 比測(cè)方法的選取

為保證比測(cè)數(shù)據(jù)系列的一致性，旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式流速儀的測(cè)速垂線施測(cè)位置重合，均在起點(diǎn)距10.0 m、14.0 m 和16.0 m 處并同步進(jìn)行流速測(cè)量[1]。

為保證比測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間的同步性，在7 月3 日～8 月27 日，采用旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式流速儀在同一基本斷面同步施測(cè)。

比測(cè)方法采用旋漿式流速儀測(cè)得的32 份流量與RG-30型非接觸式流速儀同步測(cè)得的32 份流量進(jìn)行對(duì)比分析，建立兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)行線性分析。

5 比測(cè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

主要根據(jù)《水文巡測(cè)規(guī)范》(SL 195-2015)有關(guān)技術(shù)要求，用旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式流速儀進(jìn)行流量的對(duì)比觀測(cè)，旋漿式流速儀型號(hào)為：LS(25-1)型。

比測(cè)時(shí)段分布于主汛期7 月3 日～8 月27 日間，共比測(cè)32次，比測(cè)水位變幅2.80 m～3.37 m、流量變幅10.4 m3/s～65.1 m3/s、最大流速1.42 m/s～3.68 m/s、低水23 次、中水8 次、高水1 次。具體比測(cè)流量數(shù)據(jù)見表1[2]。

比測(cè)數(shù)據(jù)分析過程如下：

1）本次分析中，在起點(diǎn)距10.0 m、14.0 m 和16.0 m 處3 臺(tái)RG30型非接觸式流速儀分別測(cè)得水面流速，采用均勻浮標(biāo)法原理對(duì)測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算得出32 份斷面虛流量數(shù)據(jù)，見表1。

表1 RG30型非接觸式與旋漿式流速儀32 組實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

2）將旋漿式流速儀與RG-30型非接觸式測(cè)速儀分別測(cè)得的32 份流量數(shù)據(jù)建立線性關(guān)系，見圖1。

圖1 制材廠站RG30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀32 組流量分析圖

3）建立線性關(guān)系后找出相關(guān)系數(shù),再用系數(shù)改正后的RG30型非接觸式流速儀流量與旋漿式流速儀流量進(jìn)行誤差分析，見表2。

4）將相對(duì)偏差不符合規(guī)范要求的流量數(shù)據(jù)剔除后的16 組流量數(shù)據(jù)再次進(jìn)行線性分析，見圖2 和表2。

表2 RG30型非接觸式與旋漿式流速儀16 組實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

圖2 制材廠站RG30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀16 組流量分析圖

6 比測(cè)結(jié)果分析及誤差評(píng)定

1）誤差

誤差計(jì)算包括相對(duì)偏差、系統(tǒng)誤差，計(jì)算公式如下：

相對(duì)偏差Pi：

式中：Qi為旋漿式流速儀實(shí)測(cè)流量；Qci為RG30型非接觸式流速儀實(shí)測(cè)流量；n 為實(shí)測(cè)流量份數(shù)。

2）點(diǎn)繪32 組RG-30型非接觸式流速儀實(shí)測(cè)流量與流速儀實(shí)測(cè)斷面流量分析圖建立相關(guān)關(guān)系，關(guān)系點(diǎn)散亂，相對(duì)偏差范圍為-14.5%～23.2%，系統(tǒng)誤差為2.68%，不符合《水文巡測(cè)規(guī)范》SL195-2015 有關(guān)技術(shù)要求（相對(duì)偏差范圍±5%以內(nèi)，系統(tǒng)偏差范圍-2.5%～1%以內(nèi))。

造成關(guān)系點(diǎn)散亂的原因是：參與比測(cè)的32 組數(shù)據(jù)中有16 組數(shù)據(jù)超過相對(duì)偏差規(guī)范范圍，不符合《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL195-2015）有關(guān)技術(shù)要求（相對(duì)偏差范圍±5%，系統(tǒng)誤差范圍-2.5%～1%）。偏差超范圍的流量數(shù)據(jù)主要集中在8 月份，經(jīng)查明此時(shí)設(shè)備處于故障恢復(fù)調(diào)試過程中，數(shù)據(jù)收集有誤屬于客觀原因無法避免。

剔除上述不符合規(guī)范要求的16 組關(guān)系點(diǎn)后，余下16 組數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差范圍為-4.2%～4.7%，系統(tǒng)誤差為0.85%，符合《水文巡測(cè)規(guī)范》（SL 195-2015）有關(guān)技術(shù)要求（相對(duì)偏差范圍±5%以內(nèi)，系統(tǒng)誤差范圍-2.5%～1%以內(nèi))。再進(jìn)行線性分析，此時(shí)相關(guān)關(guān)系好，關(guān)系點(diǎn)集中，相關(guān)顯著性高，R 值為0.9981。見圖2[3]。

7 結(jié)論

根據(jù)RG30型非接觸式流速儀與旋漿式流速儀測(cè)得的32 組實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)，建立相關(guān)關(guān)系，得到y(tǒng)=0.905x+2.183,R值為0.9858。

剔除偽數(shù)據(jù)后，用符合技術(shù)要求的16 組流量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析得到y(tǒng)=0.8983x+2.4123，R 值為0.9981。

經(jīng)對(duì)比分析以上兩種計(jì)算方法，剔除偽數(shù)據(jù)后的系統(tǒng)誤差和相對(duì)偏差小，相關(guān)顯著性高，均符合《水文巡測(cè)規(guī)范》SL 195-2015有關(guān)技術(shù)要求，所以剔除偽數(shù)據(jù)后的流量比測(cè)結(jié)果合理、可靠。RG30型非接觸式流速儀可以作為流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備在測(cè)站使用。