石城水文站電波流速儀水面系數(shù)率定分析

【摘要】為了增加高水流量測驗手段，提高測驗的精度，以愛河上游石城水文站德卡托手持電波流速儀與轉(zhuǎn)子流速儀同步觀測水面流速數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過對二者數(shù)據(jù)的合理分析與處理，率定石城水文站電波流速儀水面測速系數(shù)，為以后使用電波流速儀測量石城站高水流量測驗創(chuàng)造有利條件。

【關(guān)鍵詞】 電波流速儀；石城水文站；水面系數(shù)

1、 測站概況

石城水文站位于愛河流域，愛河發(fā)源于寬甸雙山子鎮(zhèn)老木垛子嶺，流經(jīng)寬甸、鳳城和丹東振安區(qū)，于九連城匯入鴨綠江，干流全長181.95km，流域面積5902 km2。該站位于愛河上游，是區(qū)域代表站、中央報汛站及國家重要水文站，地理坐標(biāo)為東經(jīng)124°17'、北緯40°38'，集水面積1464km2。該站始建于1958年5月，測站歷年水位流量關(guān)系為單一線，關(guān)系較為穩(wěn)定。

該站測驗河段順直長約1000m，流心靠近右岸，左岸為漿砌石護(hù)坡，右岸為砂卵石緩坡?；舅邤嗝嫦掠?53m處為保安大橋，高水時有阻水作用。低水時，基本水尺斷面流速微小，需借用斷面測流。河底多為粗砂卵石，斷面穩(wěn)定，不易沖刷。流域洪水發(fā)生于6～9月份，年最大洪峰集中出現(xiàn)在汛期7～9月。洪水由暴雨或較長時間的連續(xù)降雨形成，洪水范圍廣，洪峰高、洪量大。

2 、儀器概況

德卡托電波流速儀是一種理想且先進(jìn)的水面流速測量儀器，可在高水時期提供得到較為便捷且數(shù)據(jù)精度相對準(zhǔn)確的流速數(shù)據(jù)。其特點是測量速度快，適合在洪水期使用。由于測速時不受水面漂浮物、水質(zhì)、水流狀態(tài)的影響，而且流速愈大，漂浮物愈多，流速愈快，反射波將愈強(qiáng)，有利于電波流速儀工作。

電波流速儀在測定流速時，首先由雷達(dá)槍向水流方向發(fā)出無線電波，當(dāng)電波的能量撞擊水面時，波的能量的一小部分返回到雷達(dá)設(shè)置天線。然后，雷達(dá)設(shè)備根據(jù)發(fā)射和返回信號頻率的不同，測定水流速度。波速在水流區(qū)域形成一個橢圓型波束。這個波束的大小取決于天線到水面的距離。水平波束寬度一般為 12°，當(dāng)被側(cè)區(qū)域距離雷達(dá)天線愈遠(yuǎn)時，這個區(qū)域就變的愈大。天線到水面的距離一般為 5～ 15米。在實際測流時，流速每 6秒更新一次，直至 60秒過后，顯示平均流速。在實測暴漲暴落的洪水過程中，水位變化較快，時間就是生命，在雷達(dá)槍顯示幕顯示測量穩(wěn)定后，無需等到 60秒，若扣動扳機(jī)，儀器立即停止更新數(shù)據(jù)，顯示上一時段的平均流速，可見，用電波流速儀測量是十分方便的。

3、水面系數(shù)率定

3.1 原始資料的測量和收集

測驗斷面選為基本斷面下253m保安大橋處，大橋全長300m，本次分別在高水時的87.28m和87.91m時進(jìn)行測量，兩次流量分別為272m3/s和731m3/s，兩次測量時均在大橋上游布設(shè)9條垂線，比測時每條垂線同時進(jìn)行電波流速儀和轉(zhuǎn)子式流速儀同點測流，做到同步觀測和移動。不同水位的流速測量結(jié)果見表1

3.2 水面系數(shù)率定

根據(jù)上面的測量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在電子表格上點匯散點圖，添加趨勢線，得出理論方程式Y(jié)=1.076X+0.069（Y為轉(zhuǎn)子式流速儀測量值，X為電波流速儀測量值），通過該方程式可對電波流速儀所測數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果即為流速儀所測的水面流速值。水面系數(shù)相關(guān)方程式見圖1。

4、結(jié)束語

通過水面系數(shù)率定分析得出電波流速儀水面流速與轉(zhuǎn)子式流速儀水面流速的相關(guān)關(guān)系方程式，即Y=1.076X+0.069，呈線性關(guān)系，可以通過此方程式轉(zhuǎn)換電波流速儀的水面流速，從而計算垂線的平均流速并求出斷面流量。這次水面系數(shù)的率定為石城水文站高水測驗增加了新的方法，提高了水文測驗的精度，同時能夠簡化測驗過程，為汛情預(yù)報節(jié)省了寶貴的時間。

參考文獻(xiàn)：

[1]SL 247—2012，水文資料整編規(guī)范[S]

[2]GB 50179—2015，河流流量測驗規(guī)范[S]

作者簡介：林青森，男，1990年3月4日生，2013年7月畢業(yè)于華北水利水電大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)任遼寧省丹東水文局助理工程師，主要研究小型水工建筑物設(shè)計、水利工程造價以及水文水情預(yù)測預(yù)報等方面。