鐵嶺水文站總線程控纜道測(cè)流系統(tǒng)試驗(yàn)分析

王榮昌，李中艷，汪 晶

（遼寧省水文水資源勘測(cè)局鐵嶺分局，遼寧 鐵嶺 112000）

1 比測(cè)試驗(yàn)概況

1990年遼寧省水文總站在鐵嶺水文站的原有電動(dòng)纜道基礎(chǔ)上引進(jìn)了總線程控系統(tǒng)，1992年7月開始使用。此次比測(cè)試驗(yàn)在比測(cè)流量的同時(shí)也進(jìn)行了量深比測(cè)。其中最高水位56.92 m，最大流量577 m3/s；最低水位54.33 m，最小流量51.6 m3/s；最大流速1.29 m/s，最小流速0.52 m/s；最大水深2.70 m，最小水深0.47 m。共施測(cè)流量48次，比測(cè)水深106次。

2 比測(cè)試驗(yàn)與誤差分析

2.1 水深試驗(yàn)與誤差分析

總線程控纜道測(cè)深，采用了國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，應(yīng)用振弦式壓力傳感器固定于鉛魚體內(nèi)，通過水面與河底兩個(gè)振弦波頻率之差，率定后水深數(shù)據(jù)直接顯示于計(jì)算機(jī)顯示屏上。而測(cè)船上采用測(cè)深桿量深，與纜道量深同時(shí)進(jìn)行，由于鉛魚底部托板著地面積大于測(cè)深桿底盤，當(dāng)河床不平時(shí)直接影響著量得水深，纜道測(cè)得的水深總是托板著地的最高點(diǎn)，兩者量得水深有時(shí)存在誤差，因此本次對(duì)106次的量深比測(cè)結(jié)果進(jìn)行了直接對(duì)比誤差統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。

表1 直接對(duì)比誤差統(tǒng)計(jì)分析表

通過對(duì)水深比測(cè)誤差分析，其各項(xiàng)指標(biāo)均符合《水文纜道測(cè)驗(yàn)規(guī)范》的規(guī)定要求。說明應(yīng)用纜道振弦式壓力傳感器進(jìn)行測(cè)深完全可行，而且其最大優(yōu)點(diǎn)是量深無需進(jìn)行懸索垂直偏角改正，操作簡(jiǎn)便。

2.2 流量比測(cè)試驗(yàn)及分析

1）流量比測(cè)試驗(yàn)：流量比測(cè)試驗(yàn)是與測(cè)深同時(shí)進(jìn)行，測(cè)速采用雙程積深法，施測(cè)中各種信號(hào)通過信號(hào)線由水下儀器以數(shù)據(jù)形式傳給計(jì)算機(jī)，操作人員可根據(jù)計(jì)算機(jī)顯示屏顯示，如上下流速的大小，判定該垂線流速是否合理，發(fā)現(xiàn)不合理情況可直接提示操作系統(tǒng)及時(shí)重測(cè)。施測(cè)流量及斷面圖可直接打印出來。

2）流量比測(cè)成果分析：

①根據(jù)船測(cè)和纜道測(cè)流量資料，點(diǎn)繪相關(guān)圖，可以看出具有很好的線性關(guān)系。

②確立線性回歸方程：y=Bx+A，式中：y為船測(cè)流量；x為纜道測(cè)流量；B為回歸系數(shù)；A為常數(shù)。

③各參數(shù)計(jì)算：由船測(cè)與纜道測(cè)流量計(jì)算結(jié)果如下：

式中：n—比測(cè)流量次數(shù)，r—相關(guān)系數(shù)，說明關(guān)系較好。

由上計(jì)算的參數(shù) A，B代入回歸方程，y=Bx+A=1.022x-1.36，可寫成：Q船=1.022Q纜-1.36。

3 流量比測(cè)驗(yàn)證

根據(jù)船測(cè)與纜道測(cè)得流量建立的回歸方程，分別計(jì)算流量Q計(jì)=1.022Q纜-1.36，與船測(cè)流量計(jì)算相對(duì)誤差，求其累積頻率P=75%，P=95%時(shí)的相對(duì)誤差和系統(tǒng)性誤差。

根據(jù)相對(duì)誤差統(tǒng)計(jì)與累積頻率P，點(diǎn)繪累積頻率曲線見圖1（a），確定系統(tǒng)性誤差；由圖1（b）確定不同頻率的相對(duì)誤差，見表2。

驗(yàn)證結(jié)果符合規(guī)范規(guī)定要求。

4 比測(cè)成果相關(guān)關(guān)系檢驗(yàn)

利用回歸方程計(jì)算成果與船測(cè)流量建立相關(guān)，進(jìn)行3種檢驗(yàn)：

圖1 累積頻率曲線圖

1）符號(hào)檢驗(yàn)。檢驗(yàn)確定的回歸方程參數(shù)是否合理，關(guān)系線兩側(cè)點(diǎn)數(shù)是否均衡。

式中：u——統(tǒng)計(jì)量；n——測(cè)點(diǎn)總數(shù)；k——正號(hào)或負(fù)號(hào)個(gè)數(shù)。當(dāng)顯著性水平α=0.25時(shí)，查得相應(yīng)臨界值u1-α/2=1.15＞u=0.144，證明方程合理，接受檢驗(yàn)。

2）適線檢驗(yàn)。按水位遞升次序檢驗(yàn)成果點(diǎn)據(jù)偏離相關(guān)線正負(fù)號(hào)的排列情況，檢驗(yàn)有無系統(tǒng)偏離。

式中：k——變換符號(hào)次數(shù)，因?yàn)閗=24＞0.5（n-1）=23.5，所以不用檢驗(yàn)，已經(jīng)認(rèn)為成果接受檢驗(yàn)。

3）偏離數(shù)值檢驗(yàn)。檢驗(yàn)成果偏離相關(guān)線的平均偏離情況，是否在合理范圍內(nèi)。

式中：Pi——測(cè)點(diǎn)與關(guān)系曲線的相對(duì)偏離值——平均相對(duì)偏離值；S——P的標(biāo)準(zhǔn)差的標(biāo)準(zhǔn)差；t——統(tǒng)計(jì)量。當(dāng)顯著性水平α=0.20時(shí)，自由度k=n-1=47的臨界值t1-α/2=1.31，由于|t|=1.11＜t1-α/2=1.31，認(rèn)為合理。

5 結(jié)語

通過對(duì)流量比測(cè)資料的分析、驗(yàn)證和相關(guān)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范規(guī)定的允許范圍內(nèi)，證明利用總線程控纜道施測(cè)流量完全可行，具有與船測(cè)濟(jì)建立較好相關(guān)關(guān)系的條件，且成果精度較高。

經(jīng)過近兩年的施測(cè)試驗(yàn)，總線程控纜道測(cè)流系統(tǒng)具有操作靈活方便、測(cè)流歷時(shí)短、節(jié)省人力、保障安全、測(cè)驗(yàn)成果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，很適合較大河流的高水測(cè)驗(yàn)。目前，總線程控纜道施測(cè)流量已成功應(yīng)用于較大河流的高水測(cè)驗(yàn)，普及廣泛，效果顯著。