铁岭水文站总线程控缆道测流系统试验分析

王荣昌，李中艳，汪 晶

（辽宁省水文水资源勘测局铁岭分局，辽宁 铁岭 112000）

1 比测试验概况

1990年辽宁省水文总站在铁岭水文站的原有电动缆道基础上引进了总线程控系统，1992年7月开始使用。此次比测试验在比测流量的同时也进行了量深比测。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。共施测流量48次，比测水深106次。

2 比测试验与误差分析

2.1 水深试验与误差分析

总线程控缆道测深，采用了国内先进技术，应用振弦式压力传感器固定于铅鱼体内，通过水面与河底两个振弦波频率之差，率定后水深数据直接显示于计算机显示屏上。而测船上采用测深杆量深，与缆道量深同时进行，由于铅鱼底部托板着地面积大于测深杆底盘，当河床不平时直接影响着量得水深，缆道测得的水深总是托板着地的最高点，两者量得水深有时存在误差，因此本次对106次的量深比测结果进行了直接对比误差统计分析，结果见表1。

表1 直接对比误差统计分析表

通过对水深比测误差分析，其各项指标均符合《水文缆道测验规范》的规定要求。说明应用缆道振弦式压力传感器进行测深完全可行，而且其最大优点是量深无需进行悬索垂直偏角改正，操作简便。

2.2 流量比测试验及分析

1）流量比测试验：流量比测试验是与测深同时进行，测速采用双程积深法，施测中各种信号通过信号线由水下仪器以数据形式传给计算机，操作人员可根据计算机显示屏显示，如上下流速的大小，判定该垂线流速是否合理，发现不合理情况可直接提示操作系统及时重测。施测流量及断面图可直接打印出来。

2）流量比测成果分析：

①根据船测和缆道测流量资料，点绘相关图，可以看出具有很好的线性关系。

②确立线性回归方程：y=Bx+A，式中：y为船测流量；x为缆道测流量；B为回归系数；A为常数。

③各参数计算：由船测与缆道测流量计算结果如下：

式中：n—比测流量次数，r—相关系数，说明关系较好。

由上计算的参数 A，B代入回归方程，y=Bx+A=1.022x-1.36，可写成：Q船=1.022Q缆-1.36。

3 流量比测验证

根据船测与缆道测得流量建立的回归方程，分别计算流量Q计=1.022Q缆-1.36，与船测流量计算相对误差，求其累积频率P=75%，P=95%时的相对误差和系统性误差。

根据相对误差统计与累积频率P，点绘累积频率曲线见图1（a），确定系统性误差；由图1（b）确定不同频率的相对误差，见表2。

验证结果符合规范规定要求。

4 比测成果相关关系检验

利用回归方程计算成果与船测流量建立相关，进行3种检验：

图1 累积频率曲线图

1）符号检验。检验确定的回归方程参数是否合理，关系线两侧点数是否均衡。

式中：u——统计量；n——测点总数；k——正号或负号个数。当显著性水平α=0.25时，查得相应临界值u1-α/2=1.15＞u=0.144，证明方程合理，接受检验。

2）适线检验。按水位递升次序检验成果点据偏离相关线正负号的排列情况，检验有无系统偏离。

式中：k——变换符号次数，因为k=24＞0.5（n-1）=23.5，所以不用检验，已经认为成果接受检验。

3）偏离数值检验。检验成果偏离相关线的平均偏离情况，是否在合理范围内。

式中：Pi——测点与关系曲线的相对偏离值——平均相对偏离值；S——P的标准差的标准差；t——统计量。当显著性水平α=0.20时，自由度k=n-1=47的临界值t1-α/2=1.31，由于|t|=1.11＜t1-α/2=1.31，认为合理。

5 结语

通过对流量比测资料的分析、验证和相关检验，各项指标均在规范规定的允许范围内，证明利用总线程控缆道施测流量完全可行，具有与船测济建立较好相关关系的条件，且成果精度较高。

经过近两年的施测试验，总线程控缆道测流系统具有操作灵活方便、测流历时短、节省人力、保障安全、测验成果准确等优点，很适合较大河流的高水测验。目前，总线程控缆道施测流量已成功应用于较大河流的高水测验，普及广泛，效果显著。