测深定位误差对枝城站流速仪法流量测验的影响.docx

1、第29卷第3期2009年6月水文JOURNALOFCHINAHYDROIGYVol.29No.3Jun.,2009测深定位误差对枝城站流速仪法流量测验的影响丁良卓（长江水利委员会荆江水文局枝城水文站，湖北宜都443311）摘要：本文以枝城站流量测验紊料为研究对象，从辖射杆测船定位和GPS测船定位两个资料系列分析，得出在特殊河床中因剥深定位对流量造成误差的影响。关键词：流速仪法流量测验；辐射杆定位；GPS定位；偏“V”形河床；误差中图分类号：P332.4文献标识码：A文章编号：1000-0852（2009）03-0077-03收稿日ffl：2008-08-20作者简介：良卓（1969-）,男，湖

2、北枝江人，毕业于南京大学中文系.枝城水文站站Kc枝城水文站测验断面位于东经】11。30'、北纬30。18',集水面积I024131km为国家基本站，长江中游干流控制站。该站的主要任务是为K江三峡的建设和坝卜游治理收集资料，为长江荆江段的防洪预报提供水情，本站断面控制上游长江干流宜昌水文站和支流清江高坝洲水文站过境水械。1问题的提出枝城水文站在1991年6月恢复水文测验后,1991-2003年年径流址均比上游来水的控制站宜昌和高坝洲两个站合成径流京平均偏小1.8%。统计结果见表1。流量为长阳水文站与宜昌站之和，之后为高坝洲站与宜昌站之和。«1枝城站与上游宜昌站及高坝洲站

3、年径流对照表年份技城站上游控制站合计径流破（亿m）枝城站径流量（亿m）上下游水量平衡误差（%）1992年（辐射杆定位）41814127-1.31993年（辐射杆定位）47434715-0.61994年（辐射杆定位）35633433-3.61995年（辐射杆定位）43474216-3.01996年（辐射杆定位）43714267-2.41997年（辐射杆定位）37503644-2.81998年（辐肘杆定位）54225365-1.11999年（轴射杆定位）49334824-2.22000年（辐射杆定位）48424787-1.12001年（朝射杆定位）42424199-1.02002年（辐射杆定位）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年高坝洲建站以前.上游支流清江.控制站为长阳水文站。故1992-1999年匕游控制站合计径流量为K阳水文站与宜从站之和，之后为亦坝洲站与宜昌站之和。枝城站流缺断面至宜日站流扯断面之间，仅有右岸一条高坝洲水文站控制的支流清江。其间，左右两岸没有分流河汉，干流河底也没有地F暗河分流。宜昌站与枝城站均采用辐射杆定位、回声仪测深（SDH-I3D型）、流速仪测速的方法进行流依测验（高坝洲站采用率定的起点距、铅鱼测深、流速仪

5、法测速施测流量）。2003年以后，宜昌、枝城两站先后采用CPS测定断面起点距，测深、测速等其它测抢方法一致。但枝城站年径流量仍然系统偏小，上、下游水域不能平衡。2影响流虽测验主要因素的检查2.1流向检查断面平均流向是保证流irt测验精度的前提o1991年至今，枝城站多年施测断面流向结果表明，水文测验断面流向完全满足流量测验要:求。见表2。衰2枝城站多年断面平均流向高水中水低水-01。48'-O2°3O,-02。54'2.2回声仪声速校准及测深检查水温测量采用水面以下0.50m位置测得水温与水下17.0m处测得水温相比较，在温差最突出的夏季，最大改正水温-0.43C,根

6、据水温查读相应的两个声速值对水深测址最大影响误差为0.38%,在水深测量中可以忽略不汁。另外，在垂线测深过程中，采用回声仪测深和铅鱼测深比测，最大误差值为±0.10m,满足相关规范要求。2.3流速仪的使用检查流员测验的系列测次中，采取不同牌*的流速仪轮流使用；特殊水情的单次流量测轮采取两部流速仪交叉测速，以预防测乾的系统误差。2.4对礁板河床不易抛锚部分垂线实行固锚定船测深测速误差检查枝城流虽断而起点距1180m岸有两根测速垂线。断面右岸是枝城深水港区，岸边固定定船的水下“八”字形斜锚钢链贯穿水文测船在礁板河床抛锚的区域。测船把锚抛在八”字形锚链以下，因抛锚位置与断面间距太短，测船容

7、易滑锚难于固定测船正常测验；测船将锚掘在“八”字形锚链以上，绞锚高水时，测船锚容易挂在“八”字形锚链上，造成锚绳和佛均不能被绞起。枝城站平时对礁板河床两根垂线采取动船法测速。为了消除测验误差.本站加T改造了副四角锚，在锚冠和锚柄各系一根锚绳连接在测船的主锚绳上，测励时，将锚抛在“八”字形锚链上挂住测船，以便固定测船测毁。测验完毕，将测船绞关上的上绳绞至出现各自系住锚冠和锚柄的双绳时，松开固定卸扣.把系住锚柄的钢丝绳褪松l2m,使之不能受力。再向上绞锚时，受力的是系住锚冠的钢丝绳，挂在“八”字形上的测船锚冠就会逆时针向上翻起，从而使锚和锚链绞出水面。通过抛锚周船测验和动船法测验方式比测，平时动船

8、法施测的流量误差在-10.0120mVs之间。比测结果髭示，平时在礁板河床采用动船法测验造成的部分测速误差，并不是影响枝城断面相应流依偏小的根本原因。2.5对测具仪器的检查和率定。对起点距定位辐射杆和GPS分别进行了校测检查或鉴定。对断面基线、断面起止点间距、六分仪、经纬仪、自动测流系统、秒表、水温计、测具计数器按照水文测验设备设施检查规定进行了检查、比测或率定。2.6对测深测速垂线加密。增加测深测速垂线进行精测检我，单次测验中各项水力因素结构合理.无异常现象。通过对以上几乎所有影响流快测验精度主要因素的检查，枝城站水依仍然偏小，无法和上游来水址平衡，最后把问题聚焦在流量断面GPS定位和测水深

9、位置的换能器水平间距差上。3偏“V”形河床定位误差对枝城流量断面流速仪法流量测验的影响3.1枝城测验断面河床构成及形状。枝城测验断面上游约700m处有石矶，高水影响主泓携动。河槽中、高水位河宽约1200m-1400m,断面左岸有沙滩，约400m宽，水位41m左右开始漫滩，主泓偏右。左岸为沙质河床,起点距1100rn右岸为砥板河床。枝城流量断面整个轮廓呈偏“V”形。3.2定位误是分析辐射杆定位、GPS定位(垂线位置与测深位置不鱼和定位)在ftirv”形河床上造成测深误差的分析如Fo2003年6月之前.枝城站流段测验采用测船辐射杆定位,回声仪测深换能器安装在测轮右舷。测流定位通过测轮驾驶舱中心位置

10、和岸上相应辐射杆相交在流量断面上来确定。测轮驾驶舱中心位置和测轮右舷测深换能器的水平间距为2.50m。2003年6月份之后，枝城站采用GPS测定断面起点距，此时的CPS接受仪中心点和测轮右舷测深换能器的水平间距为0.60m02007年7月31日，在测船右舷制做外悬支架，使安装在支架上的GPS接受仪中心位置和回声仪测深换能器圆心位置垂直重合，消除了GPS接受仪和测深换能器之间0.60m的水平误差。通过施测流我检验，枝城本站流虽和上游宜昌站、高坝洲站相应流段首次出现吻合，误差范围在-0.5%-0.4%之间。结果见表3。衰3枝城站与上游宜昌站、高坝洲站部分相应淹对照衰(2007年8月)宜昌站高坝洲站

11、上游两站枝域站时间相应流fit相应成量合计流髭相应流扯误差()4450044500(mVs)(mVs)(m'/s)(mVs)4400045300454000.271544700449000.44100062541600416000362008173700036800-0.5788:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:00:005785785785780nnn2345注：汛期宜吕站枝城站洪水传播时间约为3h；高坝洲枝城站洪水传播时间约为Ih0枝城流fS断面河床偏“V”形，我们以2007年7月31日为分界，把6月7月31日之前断面各条测深、测速垂线河底高程平均(简称

12、改正前河底高程)，与7月31日以后断面各条测深、测速垂线平均河底高程(简称改正后河底高程)比较，面积变化异常明显，见图lo图2是2007年7月31日改正后平均河底高程和辐射杆测船定位平均河底商程的对照图。图2和图1相比较，明显反应出辐射杆与测船定位的水深比GPS定位与换能器间距不权和测得水深的误差更大。在断面呈偏“V”形的河床上，测深水平距向左位移得越多，测虽的水深会越浅.汽接影响到单次流景测验断面面积减少，造成实测流量偏少最终导致年径流量偏小.和上游水fit不能平衡。从图1和图2可以看出，因测深位骨定位失真，实测中漏测的断面面积与水位涨落成正比，水位增长，漏测的面积也随之增大，造成漏测的流量

13、也随之增多。我们从2007年1月7月31日之前枝城站实测的高中低水位及涨落水势各种水文要素中抽出凡份实测流量资料，对因测深位置与垂线位置位移测得的水深造成的流量误差进行了分析。见表4。图1枝城站水文断而固定垂线河底高程改正前、后对比图(CPS定位)««»()图2枝城站改正后及辐射杆定位测M固定垂线平均河底商程对照图4结语(1) 以上结论是基于没有考虑汛期河床冲淤变化的纯数学衰4枝城站流谡养统计衰水位(m)水势改正水深(m)漏刑流1ft(mVs)实测流ti(mVs)枝城改正后流ftt(m'/s)误差(%)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平均误差3.5模式上的分析。局部河床处于冲淤的剧烈变化时，瞬时测深对断面面积的计算存在-定影响。(2) 测深位置和垂线位置不能重合测得的误差在“W”形和“V”形或者“U”形河床流最断面测验中可以左右割补，接近平衡。在偏“V”形河床的流最断面，测得的左右垂线水深虽然能互相冲抵,因河床左右的不对称.左、右垂线位置测量的水深只

15、能堂为冲抵一部分，但不能割补达到平衡，会造成部分面积的漏测。(3) “W”形和“V”形或者“U”形流量断面，因定位平移偏离垂线，造成的水深误差虽然可以左、右割补抵消，但测得的垂线水深并不是垂线位置的真实水深，这样，即使测魅计算出的面积和流18能和上游来水员平衡，也是不真实的。GPS接受仪的中心点与测深垂线必须重合，才能保证流量测验资料的可靠和精度。(4) 船测辐射杆定位进行流量测臆务必使测深位置和断面测深、测速垂线取合；否则，测深位置就会失直，影响单次流域测毁的质量。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页)中型水库(其余水库未统计)入库水ft660亿此出库水饿4.67亿m拦蓄水就1.93亿m)削减洪峰率43%95%。经分析，在不计及流域分番洪区分洪水量的情况下,仅考虐水库群拦蓄的还原量，汉河集站最大流量可达4700017$,$外延的汶河集水位流量关系线，估计洪峰水位可能达到或超过15.40m,说明流域内的水利工程和分蓄洪区建设任承而道远。5结语(1)