測(cè)深定位誤差對(duì)枝城站流速儀法流量測(cè)驗(yàn)的影響.docx

1、第29卷第3期2009年6月水文JOURNALOFCHINAHYDROIGYVol.29No.3Jun.,2009測(cè)深定位誤差對(duì)枝城站流速儀法流量測(cè)驗(yàn)的影響丁良卓（長江水利委員會(huì)荊江水文局枝城水文站，湖北宜都443311）摘要：本文以枝城站流量測(cè)驗(yàn)紊料為研究對(duì)象，從轄射桿測(cè)船定位和GPS測(cè)船定位兩個(gè)資料系列分析，得出在特殊河床中因剝深定位對(duì)流量造成誤差的影響。關(guān)鍵詞：流速儀法流量測(cè)驗(yàn)；輻射桿定位；GPS定位；偏“V”形河床；誤差中圖分類號(hào)：P332.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0852（2009）03-0077-03收稿日ffl：2008-08-20作者簡(jiǎn)介：良卓（1969-）,男，湖

2、北枝江人，畢業(yè)于南京大學(xué)中文系.枝城水文站站Kc枝城水文站測(cè)驗(yàn)斷面位于東經(jīng)】11。30'、北緯30。18',集水面積I024131km為國家基本站，長江中游干流控制站。該站的主要任務(wù)是為K江三峽的建設(shè)和壩卜游治理收集資料，為長江荊江段的防洪預(yù)報(bào)提供水情，本站斷面控制上游長江干流宜昌水文站和支流清江高壩洲水文站過境水械。1問題的提出枝城水文站在1991年6月恢復(fù)水文測(cè)驗(yàn)后,1991-2003年年徑流址均比上游來水的控制站宜昌和高壩洲兩個(gè)站合成徑流京平均偏小1.8%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。流量為長陽水文站與宜昌站之和，之后為高壩洲站與宜昌站之和。«1枝城站與上游宜昌站及高壩洲站

3、年徑流對(duì)照表年份技城站上游控制站合計(jì)徑流破（億m）枝城站徑流量（億m）上下游水量平衡誤差（%）1992年（輻射桿定位）41814127-1.31993年（輻射桿定位）47434715-0.61994年（輻射桿定位）35633433-3.61995年（輻射桿定位）43474216-3.01996年（輻射桿定位）43714267-2.41997年（輻射桿定位）37503644-2.81998年（輻肘桿定位）54225365-1.11999年（軸射桿定位）49334824-2.22000年（輻射桿定位）48424787-1.12001年（朝射桿定位）42424199-1.02002年（輻射桿定位）4

4、0924005-2.12003年（6月以后GPS定位）422942320.12004年（GPS定位）42454218-0.62005年（GPS定位）46984545-3.3注：2000年高壩洲建站以前.上游支流清江.控制站為長陽水文站。故1992-1999年匕游控制站合計(jì)徑流量為K陽水文站與宜從站之和，之后為亦壩洲站與宜昌站之和。枝城站流缺斷面至宜日站流扯斷面之間，僅有右岸一條高壩洲水文站控制的支流清江。其間，左右兩岸沒有分流河漢，干流河底也沒有地F暗河分流。宜昌站與枝城站均采用輻射桿定位、回聲儀測(cè)深（SDH-I3D型）、流速儀測(cè)速的方法進(jìn)行流依測(cè)驗(yàn)（高壩洲站采用率定的起點(diǎn)距、鉛魚測(cè)深、流速儀

5、法測(cè)速施測(cè)流量）。2003年以后，宜昌、枝城兩站先后采用CPS測(cè)定斷面起點(diǎn)距，測(cè)深、測(cè)速等其它測(cè)搶方法一致。但枝城站年徑流量仍然系統(tǒng)偏小，上、下游水域不能平衡。2影響流雖測(cè)驗(yàn)主要因素的檢查2.1流向檢查斷面平均流向是保證流irt測(cè)驗(yàn)精度的前提o1991年至今，枝城站多年施測(cè)斷面流向結(jié)果表明，水文測(cè)驗(yàn)斷面流向完全滿足流量測(cè)驗(yàn)要:求。見表2。衰2枝城站多年斷面平均流向高水中水低水-01。48'-O2°3O,-02。54'2.2回聲儀聲速校準(zhǔn)及測(cè)深檢查水溫測(cè)量采用水面以下0.50m位置測(cè)得水溫與水下17.0m處測(cè)得水溫相比較，在溫差最突出的夏季，最大改正水溫-0.43C,根

6、據(jù)水溫查讀相應(yīng)的兩個(gè)聲速值對(duì)水深測(cè)址最大影響誤差為0.38%,在水深測(cè)量中可以忽略不汁。另外，在垂線測(cè)深過程中，采用回聲儀測(cè)深和鉛魚測(cè)深比測(cè)，最大誤差值為±0.10m,滿足相關(guān)規(guī)范要求。2.3流速儀的使用檢查流員測(cè)驗(yàn)的系列測(cè)次中，采取不同牌*的流速儀輪流使用；特殊水情的單次流量測(cè)輪采取兩部流速儀交叉測(cè)速，以預(yù)防測(cè)乾的系統(tǒng)誤差。2.4對(duì)礁板河床不易拋錨部分垂線實(shí)行固錨定船測(cè)深測(cè)速誤差檢查枝城流雖斷而起點(diǎn)距1180m岸有兩根測(cè)速垂線。斷面右岸是枝城深水港區(qū)，岸邊固定定船的水下“八”字形斜錨鋼鏈貫穿水文測(cè)船在礁板河床拋錨的區(qū)域。測(cè)船把錨拋在八”字形錨鏈以下，因拋錨位置與斷面間距太短，測(cè)船容

7、易滑錨難于固定測(cè)船正常測(cè)驗(yàn)；測(cè)船將錨掘在“八”字形錨鏈以上，絞錨高水時(shí)，測(cè)船錨容易掛在“八”字形錨鏈上，造成錨繩和佛均不能被絞起。枝城站平時(shí)對(duì)礁板河床兩根垂線采取動(dòng)船法測(cè)速。為了消除測(cè)驗(yàn)誤差.本站加T改造了副四角錨，在錨冠和錨柄各系一根錨繩連接在測(cè)船的主錨繩上，測(cè)勵(lì)時(shí)，將錨拋在“八”字形錨鏈上掛住測(cè)船，以便固定測(cè)船測(cè)毀。測(cè)驗(yàn)完畢，將測(cè)船絞關(guān)上的上繩絞至出現(xiàn)各自系住錨冠和錨柄的雙繩時(shí)，松開固定卸扣.把系住錨柄的鋼絲繩褪松l2m,使之不能受力。再向上絞錨時(shí)，受力的是系住錨冠的鋼絲繩，掛在“八”字形上的測(cè)船錨冠就會(huì)逆時(shí)針向上翻起，從而使錨和錨鏈絞出水面。通過拋錨周船測(cè)驗(yàn)和動(dòng)船法測(cè)驗(yàn)方式比測(cè)，平時(shí)動(dòng)船

8、法施測(cè)的流量誤差在-10.0120mVs之間。比測(cè)結(jié)果髭示，平時(shí)在礁板河床采用動(dòng)船法測(cè)驗(yàn)造成的部分測(cè)速誤差，并不是影響枝城斷面相應(yīng)流依偏小的根本原因。2.5對(duì)測(cè)具儀器的檢查和率定。對(duì)起點(diǎn)距定位輻射桿和GPS分別進(jìn)行了校測(cè)檢查或鑒定。對(duì)斷面基線、斷面起止點(diǎn)間距、六分儀、經(jīng)緯儀、自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)、秒表、水溫計(jì)、測(cè)具計(jì)數(shù)器按照水文測(cè)驗(yàn)設(shè)備設(shè)施檢查規(guī)定進(jìn)行了檢查、比測(cè)或率定。2.6對(duì)測(cè)深測(cè)速垂線加密。增加測(cè)深測(cè)速垂線進(jìn)行精測(cè)檢我，單次測(cè)驗(yàn)中各項(xiàng)水力因素結(jié)構(gòu)合理.無異?，F(xiàn)象。通過對(duì)以上幾乎所有影響流快測(cè)驗(yàn)精度主要因素的檢查，枝城站水依仍然偏小，無法和上游來水址平衡，最后把問題聚焦在流量斷面GPS定位和測(cè)水深

9、位置的換能器水平間距差上。3偏“V”形河床定位誤差對(duì)枝城流量斷面流速儀法流量測(cè)驗(yàn)的影響3.1枝城測(cè)驗(yàn)斷面河床構(gòu)成及形狀。枝城測(cè)驗(yàn)斷面上游約700m處有石磯，高水影響主泓攜動(dòng)。河槽中、高水位河寬約1200m-1400m,斷面左岸有沙灘，約400m寬，水位41m左右開始漫灘，主泓偏右。左岸為沙質(zhì)河床,起點(diǎn)距1100rn右岸為砥板河床。枝城流量斷面整個(gè)輪廓呈偏“V”形。3.2定位誤是分析輻射桿定位、GPS定位(垂線位置與測(cè)深位置不魚和定位)在ftirv”形河床上造成測(cè)深誤差的分析如Fo2003年6月之前.枝城站流段測(cè)驗(yàn)采用測(cè)船輻射桿定位,回聲儀測(cè)深換能器安裝在測(cè)輪右舷。測(cè)流定位通過測(cè)輪駕駛艙中心位置

10、和岸上相應(yīng)輻射桿相交在流量斷面上來確定。測(cè)輪駕駛艙中心位置和測(cè)輪右舷測(cè)深換能器的水平間距為2.50m。2003年6月份之后，枝城站采用GPS測(cè)定斷面起點(diǎn)距，此時(shí)的CPS接受儀中心點(diǎn)和測(cè)輪右舷測(cè)深換能器的水平間距為0.60m02007年7月31日，在測(cè)船右舷制做外懸支架，使安裝在支架上的GPS接受儀中心位置和回聲儀測(cè)深換能器圓心位置垂直重合，消除了GPS接受儀和測(cè)深換能器之間0.60m的水平誤差。通過施測(cè)流我檢驗(yàn)，枝城本站流雖和上游宜昌站、高壩洲站相應(yīng)流段首次出現(xiàn)吻合，誤差范圍在-0.5%-0.4%之間。結(jié)果見表3。衰3枝城站與上游宜昌站、高壩洲站部分相應(yīng)淹對(duì)照衰(2007年8月)宜昌站高壩洲站

11、上游兩站枝域站時(shí)間相應(yīng)流fit相應(yīng)成量合計(jì)流髭相應(yīng)流扯誤差()4450044500(mVs)(mVs)(m'/s)(mVs)4400045300454000.271544700449000.44100062541600416000362008173700036800-0.5788:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:005785785785780nnn2345注：汛期宜呂站枝城站洪水傳播時(shí)間約為3h；高壩洲枝城站洪水傳播時(shí)間約為Ih0枝城流fS斷面河床偏“V”形，我們以2007年7月31日為分界，把6月7月31日之前斷面各條測(cè)深、測(cè)速垂線河底高程平均(簡(jiǎn)稱

12、改正前河底高程)，與7月31日以后斷面各條測(cè)深、測(cè)速垂線平均河底高程(簡(jiǎn)稱改正后河底高程)比較，面積變化異常明顯，見圖lo圖2是2007年7月31日改正后平均河底高程和輻射桿測(cè)船定位平均河底商程的對(duì)照?qǐng)D。圖2和圖1相比較，明顯反應(yīng)出輻射桿與測(cè)船定位的水深比GPS定位與換能器間距不權(quán)和測(cè)得水深的誤差更大。在斷面呈偏“V”形的河床上，測(cè)深水平距向左位移得越多，測(cè)雖的水深會(huì)越淺.汽接影響到單次流景測(cè)驗(yàn)斷面面積減少，造成實(shí)測(cè)流量偏少最終導(dǎo)致年徑流量偏小.和上游水fit不能平衡。從圖1和圖2可以看出，因測(cè)深位骨定位失真，實(shí)測(cè)中漏測(cè)的斷面面積與水位漲落成正比，水位增長，漏測(cè)的面積也隨之增大，造成漏測(cè)的流量

13、也隨之增多。我們從2007年1月7月31日之前枝城站實(shí)測(cè)的高中低水位及漲落水勢(shì)各種水文要素中抽出凡份實(shí)測(cè)流量資料，對(duì)因測(cè)深位置與垂線位置位移測(cè)得的水深造成的流量誤差進(jìn)行了分析。見表4。圖1枝城站水文斷而固定垂線河底高程改正前、后對(duì)比圖(CPS定位)««»()圖2枝城站改正后及輻射桿定位測(cè)M固定垂線平均河底商程對(duì)照?qǐng)D4結(jié)語(1) 以上結(jié)論是基于沒有考慮汛期河床沖淤變化的純數(shù)學(xué)衰4枝城站流謖養(yǎng)統(tǒng)計(jì)衰水位(m)水勢(shì)改正水深(m)漏刑流1ft(mVs)實(shí)測(cè)流ti(mVs)枝城改正后流ftt(m'/s)誤差(%)38.0250.46292608063704.639.

14、9440.4350410500110004.642.5550.4372219000197003.745.8440.41103035300363002.847.2440.41I12040800419002.748.3050.4121049900511002.4平均改正水深0.42平均誤差3.5模式上的分析。局部河床處于沖淤的劇烈變化時(shí)，瞬時(shí)測(cè)深對(duì)斷面面積的計(jì)算存在-定影響。(2) 測(cè)深位置和垂線位置不能重合測(cè)得的誤差在“W”形和“V”形或者“U”形河床流最斷面測(cè)驗(yàn)中可以左右割補(bǔ)，接近平衡。在偏“V”形河床的流最斷面，測(cè)得的左右垂線水深雖然能互相沖抵,因河床左右的不對(duì)稱.左、右垂線位置測(cè)量的水深只

15、能堂為沖抵一部分，但不能割補(bǔ)達(dá)到平衡，會(huì)造成部分面積的漏測(cè)。(3) “W”形和“V”形或者“U”形流量斷面，因定位平移偏離垂線，造成的水深誤差雖然可以左、右割補(bǔ)抵消，但測(cè)得的垂線水深并不是垂線位置的真實(shí)水深，這樣，即使測(cè)魅計(jì)算出的面積和流18能和上游來水員平衡，也是不真實(shí)的。GPS接受儀的中心點(diǎn)與測(cè)深垂線必須重合，才能保證流量測(cè)驗(yàn)資料的可靠和精度。(4) 船測(cè)輻射桿定位進(jìn)行流量測(cè)臆務(wù)必使測(cè)深位置和斷面測(cè)深、測(cè)速垂線取合；否則，測(cè)深位置就會(huì)失直，影響單次流域測(cè)毀的質(zhì)量。InfluenceofSoundingPositioningErrorsonCurrentMeterDischargeMeasu

16、rementatZhichengStationDINGLiang-zhuo(ZhichengHydrologyStalion,YangtzeRiverHydrologyCommittee,Yidu443311,China)Abstract:WiththedischargedatafromZhichengSatationasthestudyobjective,radiometryandGPSboat-gaugingandpositioningdataserieswereanalyzed,anditwasconcludedthattheinfluenceofsoundingpositioninge

17、rrorsondischargemeasurementonthespecialriver-bed.Keywords：currentmeterdischa暗emeasurement;radiometryandGPSpositioning;leaningV-shapedriver-bed;error(上接第89頁)中型水庫(其余水庫未統(tǒng)計(jì))入庫水ft660億此出庫水餓4.67億m攔蓄水就1.93億m)削減洪峰率43%95%。經(jīng)分析，在不計(jì)及流域分番洪區(qū)分洪水量的情況下,僅考虐水庫群攔蓄的還原量，漢河集站最大流量可達(dá)4700017$,$外延的汶河集水位流量關(guān)系線，估計(jì)洪峰水位可能達(dá)到或超過15.40m,說明流域內(nèi)的水利工程和分蓄洪區(qū)建設(shè)任承而道遠(yuǎn)。5結(jié)語(1)