1. 概述
昌江发源于安徽省祁门县的大洪岭、分水岭、吊木岭等诸大山间，自北向南流经江西省浮梁县、景德镇市(珠山区和昌江区)和鄱阳县。流域集水面积6260 km2，主河道长254 km，呈扇形，水系发达。渡峰坑水文站建于1941年4月，东经117˚12'北纬29˚16'，位于江西省景德镇市西郊垦殖场庄屋下村，集水面积5013 km2。测验项目包括水位、流量、含沙量、降水、蒸发、水温、岸温，属一类精度站，资料系列水位(流量)自1950 (1953)年至今。渡峰坑水文站是江西省“五河七口”站之一，昌江流域的控制站，对景德镇市城区防洪具有重要意义，水文监测和报汛任务很重要。洪水来源为上游降水；一次洪水过程2~3天，洪峰持续时间2~3 h，具有暴涨暴落山区河流特性；洪水一般为单峰型，间断性暴雨时也会出现复式或连续多个复式峰型，水位在25.50 m以上时，主要受洪水涨落影响水位流量关系为逆时针绳套。目前流量测验采用缆道流速仪法、走航式ADCP法，在线ADCP法。于2020年6月完成缆道雷达波安装调试，并在2020年7月昌江超标准洪水中收集数据。
2. 缆道雷达波设备简介
2.1. 组成及功能
缆道雷达波测流设备采用远距离非接触方法测量水面流速，测量时不受水中含沙量，漂浮物，气候等影响。适用于一般河流，污水流速等测量，特别适宜于夹带污物的排水，高洪和含沙量很大的湍急河流的流速测量。利用水文站现有水文缆道，把系统硬件安装于铅鱼、吊箱等运动物体进行测量，起点距沿用水文站实际断面资料，不改变原有的缆道驱动形式和控制形式，配合计算机、软件、电台等组成流量自动测量系统。数据采集、传输、接收见图1。
Figure 1. Schematic diagram of acquisition, transmission and computer receiving
图1. 采集、传输与计算机接收示意图
2.2. 测流基本原理
缆道雷达波测流设备是利用多普勒效应原理，以非接触方式测量水面流速的一种新型测流仪器。通过雷达波天线向水面发射约37 GHz频率的一束雷达波，部份电磁波能量折射入水中，一小部份能量被水面反射回来，由于接收到的回波频率相对于发射频率有一定偏移，由多普勒频率方程可求得水面流速。测流过程为，由雷达波传感器得到测量数据，通过倾角传感器自动测量俯角数据，通过短波电台和USB_RS232通讯接口将测量数据传输到计算机，通过软件滤波分析计算出水流表面的流速 [1]。
2.3. 主要技术指标
1) 流速范围：0.2~18 m/s；
2) 流速精度：±0.03 m/s；
3) 平均时长：0-99.9 s；
4) 俯角范围：0˚~70˚可设置；
5) 雨中测流：可在强降雨环境中正常测流；
6) 波束宽度：12˚ (锥度角)；
7) 雷达频率：Ka波段(34.7 GHz)；
8) 工作温度：−30℃~+70℃。
3. 缆道雷达波数据分析
3.1. 测验情况
2020年7月，渡峰坑站共收集缆道雷达波实测资料13次，其中有同步流速仪测速数据41组，同步缆道流速仪测流比测资料6次，与在线ADCP比测资料7次。
3.2. 测速精度分析
计算41组同步测速的系统误差与不确定度，成果见表1，从表中可以看出，缆道雷达波与流速仪测速相对误差于标准差较小，系统偏差不大，个别点据受垂线定位、垂线定位影响误差超过10%，缆道雷达波测速精度较高。
Table 1. Accuracy analysis of radar wave velocity measurement in cableway
表1. 缆道雷达波测速精度分析表
3.3. 流量比测分析
3.3.1. 垂线横向流速分布
选取风力较小，水位相近，施测时段相近的雷达波流量测验资料和流速仪流量测验资料各两次，点绘流速断面横向分布图，见图2，可以看出，流速仪和雷达波所测流速分布趋势一致，无明显突出点，流速分布区间较为集中。由上可知，雷达波所测流速代表性较好。
Figure 2. Transverse distribution of velocity
图2. 流速横向分布图
3.3.2. 流量误差分析
将13次缆道雷达波实测流量与缆道流速仪及在线ADCP流量进行误差比较，见表2，从表中可以看出在风力小于4级的情况下，雷达波与流速仪最大误差−5.6%，最小误差0.3%，与在线ADCP最大误差−9.0，最小误差−2.1%，误差较小，满足资料整编要求，当风力大于4级由于受雷达波波束角度与铅鱼尾部摆动影响，误差较大，无法满足资料整编要求。
Table 2. Error analysis table of measured flow of cableway radar wave
表2. 缆道雷达波实测流量误差分析表
4. 结语
根据以上对比分析结果，得出以下结论：
1) 缆道雷达波是一种先进的、技术含量高的测验设备，它具有安装简便，不接触水面即可测得流速等优点，在风力较小(小于4级)时测速精度较高，垂线流速分布代表性好。
2) 缆道雷达波可以提高高洪测验时的安全性，减少测验时间，提高了测洪能力，根据渡峰坑站测算，安装缆道雷达波后缆道测洪能力可由原来的33.50 m提升至36.00 m，原20年测洪能力提升至50年，可以在作为各水文站超标准洪水应急预案的选择方法。
3) 缆道雷达波在风力较小时(小于4级)影响时高洪实测流量误差较小，符合相关测验规范，测验精度满足定线整编要求。
根据应用情况提出以下在使用中注意的建议：
1) 渡峰坑水文站在水位较高、漂浮物较多、夜间大雾等环境下，高洪时可根据条件优先选择采用缆道雷达波法施测流量。
2) 采用缆道雷达波法施测测点流速应密切注意外界条件对仪器的影响，发现回波测试时信号强度不满足要求时及风力大于等于4级时，不可采用缆道雷达波法测验。
3) 在使用同时注意收集缆道流速仪法流量与缆道雷达波法测验资料，积累资料，验证仪器数据的准确性及可靠性。