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摘要：现有雷达比测方法的流量比测一般难以满足代表性、一致性和可靠性要求。以武汉大学自主研发的UHF雷达为例，在仙桃站开展了与转子式流速仪定点测速及M9 ADCP同步测流的比测工作。结果表明：雷达测速与转子式流速仪测速位置、范围有差异，结果存在系统偏小，需进一步验证其相关性。与ADCP实测流量相比，雷达测速精度尚可，相关系数为0.986 3，相对误差为-13.27%～17.09%，系统误差为-2.10%，随机不确定度为12.34%。与仙桃站2019年3～12月流量过程相比，雷达数据存在缺失、异常跳动值及部分时段偏差，需要进一步加强测速稳定性。
关键词：UHF雷达;ADCP;流量比测;仙桃站
中图分类号：P333 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.009
文章编号：1006 - 0081（2021）05 - 0033 - 06
1 研究背景
社会经济的发展对水文监测信息的时效性和可靠性需求越来越迫切[1-2]。传统水文测流方式以接触式测流为主，如流速仪法、浮标法和ADCP测流等，实测流量需要进行整编定线，时间较为滞后[3-5]。非接触式雷达测流可实现在线实时监测，如果精度能满足要求，采用连实测流量过程线法推流，将极大提高水文资料的时效性和可靠性。
进入21世纪，美国开始研发利用雷达技术的非接触式河流流量测量方法[6]，我国也于近些年开展了非接触式雷达测流的比测研究。国内雷达比测方案主要有以下几种：①雷达点流速与流速仪测速比测;②雷达虚流量与流速仪或ADCP实测流量、报汛流量、水位流量关系线查算流量比较分析。如吴汉[7]等在都江堰（内江）水文站进行了雷达测速仪与转子流速仪的流速比测;李自立[8]等利用超高频河流探测雷达的河流遥感数据提取表面流速信息，估算断面流量，与汉口水文站整点报汛流量对比;王文华[9]用流速仪法与雷达法进行流量比测，为消除流速仪法流量测验随机误差的影响，采用水位流量关系曲线查线流量值作为标准值进行误差分析;李庆平[10]等在利川市小河沟水文站采用德国RQ24非接触式雷达流量自动化遥测系统进行明渠流量测验，并与声学多普勒流速剖面仪（ADCP）流量测验结果对比研究。
总的来说，现有的雷达测流比测方案大都比较简单或阐述不够清晰，尤其是岸基雷达的比测方案，表面流速比测要达到同位置、同时刻，流量比测要满足代表性、一致性和可靠性比较困难，需要对现行比测方案做进一步总结、分析与改进。
2 基本情况
2.1 仙桃站基本情况
仙桃水文站地处湖北省仙桃市龙华山六码头，东经113°28′，北纬30°23′，集水面积144 684 km2，距汉江河口距离约157 km，是控制汉江下游经东荆河分流后设立的一类精度站、国家重要水文站。测验断面上距兴隆水利枢纽111 km，上游右岸约82 km为汉江分流入东荆河口，下游右岸7 km处为杜家台分洪闸。测验断面上下游有弯道控制，顺直段长约1 km，河槽形态呈不规则的“W”形，右岸为深槽，左岸中低水有浅滩，中高水峰顶附近及杜家台分洪期右岸边有回流，河床由细沙组成，冲淤变化较大。
全年采用缆道流速仪法测流，按连时序法布置测次。水位流量关系受洪水涨落、变动回水、不经常性冲淤影响，长江干流高水期，该站水位流量关系受到明显顶托影响;低水期，水位流量关系受河槽控制呈临时单一关系。仙桃站历史最低水位22.33 m，调查最高水位36.24 m。历史最小流量165 m3/s，实测最大流量14 600 m3/s。水位级划分详见表1。
2.2 UHF雷达测流系统原理
雷达测流主要是利用多普勒效应接收回波与发射波的时间差来测定距离，利用多普勒频率的变化测量计算目标的运动速度，并利用目标回波在各天线通道上幅度或相位的差异来判别其方向，从而得到矢量速度。
此外，UHF雷达测流还运用了Bragg散射理论[11]，当雷达电磁波与其波长一半的水波作用时，同一波列不同位置的后向回波在相位上差异值为2π或2π的整数倍，因而产生增强性Bragg后向散射。通过判断一阶Bragg峰位置偏离标准Bragg峰的程度，计算波浪的径向流速。
根据上述原理[12-14]，武汉大学研制的UHF雷达测流系统雷达波长为0.88 m，频率为340 MHz，硬件部分由发射机、接收机、发射天线和接收天线组成。在等宽的顺直河道，可使用单站式系统实现流量探测;在不等宽、非顺直河道或其他流场复杂河段，可使用双站式系统实现流量探测。
UHF雷达测流系统根据雷达回波数据生成径向流场及矢量流场，具体过程包括一阶峰区域的划分、通道校准、方位角估计算法、径向流场的生成及后续处理、双站矢量流合成算法。其中，UHF雷达测流系统软件采用流速面积法计算流量：将雷达测流生成的各垂线表面流速按照指数分布模型进行计算，得到各垂线平均流速，根据测站自记水位计查得相应水位;借用仙桃站实测大断面，以测速垂线为界将过水断面划分为若干部分，计算部分面积[Ai]、部分平均流速[vi]，得到部分流量[qi]，累加得到断面流量Q（见公式（1）～（4））。针对某些异常值，软件采用中值滤波法处理：
3 比测方案设计
3.1 现有比测方法梳理
现有的比测内容主要包括点流速和断面流量的比测。
（1）点流速比测。一般采用雷达实测的表面流速与转子式流速仪法施測的表面流速或ADCP测流后提取的表面流速相比。其中，与转子式流速仪法比测是比较常用的方法，然而转子式流速仪需要完全没入水中才能正常工作，所以测到的并非表面流速，至少是旋浆回转半径深位置的点流速;ADCP探头传感器安装要没入水中，ADCP后处理软件得到的表面流速为根据实测插补外延的流速，并非真实的表面流速。严格来说，只有水面浮标法可以测到真实表面流速，但其流速也是上下断面距离内水面流速的平均值，且难以把控到中断面的位置，即浮标起点距与雷达测速位置不好对应，因此基本没有将雷达测速与浮标法比测的案例。 （2）断面流量比测。一般采用雷达表面流速推算的断面流量与转子式流速仪法测流、ADCP测流、长江水利委员会水文局报汛流量或该站水位-流量关系查算流量相比。其中，与转子式流速仪法比测流量的方法应用相对较多，雷达为在线监测，可以设置数据采集的时间，而流速仪测流时间较长，比测时需要注意时间的同步性。根据时间-水位在水位-流量关系曲线查線流量值，由于采用整点报汛流量比测存在一定任意性，在满足规范要求的前提下，不同技术人员的推流结果不尽相同。因此，采用时间相对较短且为实测资料的ADCP测流与雷达比测流量是一种较为可靠的方法。
3.2 比测方案设计与应用
综合考虑现有比测方法的优缺点，本次采用UHF雷达测流系统在仙桃站开展雷达表面流速与转子式流速仪点流速比测，雷达系统断面流量与ADCP实测流量比测。雷达测流的误差统计以流速仪法或ADCP法测验成果为“真值”，统计或估算各项比测误差。具体比测方案及开展情况如下。
3.2.1 点流速定点比测
在高、中、低水位级下，根据波浪代表性各开展5～10次流速仪与UHF雷达测流系统表面流速的比测试验，测点横向分布每次不少于10个。为保证测得准确流速，转子式流速仪在测速时需要完全入水，入水深度约0.10 m，实际测得约为0.05 m水深处的测点流速。仙桃站断面最大水深不超过10 m，0.05 m水深位置的流速与水面流速大小大致接近。流速仪的布设位置要考虑仙桃站表面流速横向分布的代表性，流速仪适宜的布设起点距范围为70～320 m，间隔10 m。
各点流速仪测流历时既要与UHF雷达测流系统的单次采样时间同步，又要考虑消除流速脉动并体现代表性，因此每测点流速施测时间不少于100 s。同时，为确保时间的同步性及雷达的正常工作，比测时需将UHF雷达测流系统采样频次调整为10 min/次，每次工作100 s，比测时找到与流速仪测速时间最接近的雷达测速数据。
3.2.2 断面流量比测
采用走航式M9 ADCP（声学多普勒流速剖面仪）与UHF雷达测流系统比测流量。M9数据模式在中低水期采用BTM底跟踪模式，在高水期考虑到河底走沙的影响采用GGA模式。比测测次分布在高、中、低水位级，各水位级比测测次不少于10次。比测时找到与ADCP测流平均时间最接近的雷达数据。
3.2.3 比测开展情况
UHF雷达测流系统于2019年3月8日开始收集数据，开展流速、流量比测采用的雷达测流数据时间范围为2019年5月27日至11月15日（流速比测28次，流量比测27次，高水位10次，中、低（枯）水位各9次），水位在23.23～30.13 m之间，实测流量在476～5 770 m3/s之间。
4 应用效果
4.1 流速比测分析
表面流速比测采用UHF雷达双站合成流速与转子式流速仪，共施测28次，高、中、低水位级比测测次分别为10，9，9次（见表2）。
由于UHF雷达测得的表面流速对应的雷达距离（0，10，20，30 m，…）为雷达发射位置到水面的距离，与实际的断面起点距存在一定差别，需要加上仙桃站断面起点到雷达安装位置的距离（27 m）。经过转换后的雷达起点距不再为10 m的整数倍，与转子式流速仪施测的垂线起点距（70，80，90，100，120，140，160，180，200，220，240，260，280 m和300 m）并不重合。因此，在对于表面流速进行误差分析时，要根据本站断面起点距对相邻雷达起点距对应的雷达表面流速进行线性插补，得到与本站测速垂线起点距对应的雷达表面流速，再与该起点距下的流速仪表面流速进行误差分析。
根据误差分析（见表3），UHF雷达测速在高、中水位级都系统偏小。相对误差绝对值基本集中在50%以内，雷达测速误差在低水位级表现较好，误差绝对值小于10%的比例在35.9%，高、中水位级误差绝对值小于10%的比例仅在20.1%和26.5%，水位越高，雷达测速误差越大。
从UHF雷达与转子式流速仪比测流速横向分布来看（每个水位级挑选了有代表性的3张图，见图1），高、中、低水位级均存在雷达测速偏小的现象。雷达在高水期起点距90～210 m位置对应的表面流速明显偏小，起点距250 m以后差距减小;在中水期起点距70 m以后位置对应的表面流速均偏小，偏小幅度比高水期略小;低水期起点距90～210 m位置对应的表面流速明显偏小，270 m后位置对应的表面流速偏大。
4.2 流量比测分析
雷达测流系统软件将各垂线表面流速按照指数分布模型计算得到垂线平均流速，采用流速面积法计算断面流量，直接将走航式M9 ADCP测流得到的断面流量与测流平均时间对应的UHF雷达测流系统软件计算的流量比测，测次共27次。比测结果如下：UHF雷达系统流量与ADCP实测流量相关系数为0.986 3，相对误差在-13.27%～17.09%之间，系统误差为-2.10%，随机不确定度为12.34%（见图2）。
4.3 流量过程比较分析
仙桃站常规测验方法为缆道流速仪法，2019年按连时序法布置测次，采用连时序法和临时曲线法定线推流，成果已通过复审并正式刊印。UHF雷达测流系统最大优势之一在于实现了在线监测，本次系统设置于2019年3月开始运行，3月8日后获得较为稳定的双站数据，每整点开始记录，测次密集，基本覆盖了监测期间的流量变化过程。采用连实测流量过程线法进行整编推流，与仙桃站常规推流成果进行对比分析，并将2019年水位、仙桃站常规法推流流量过程线、仙桃站实测流量、UHF雷达推流流量过程线点绘于同一张图上（节选部分典型月份见图3）。由于UHF雷达双站数据部分缺失，缺失单站数据的由单站（B站）数据补充，仍缺乏数据的为3月20～26日，8月15～27日，9月12～19日，在统计上述时段流量时，应根据临近数据按照一元三点法进行插补。 通过分析推流过程线、逐日平均流量、月流量统计可以发现，UHF雷达流量过程线不够光滑，存在较多跳动及部分异常值（已对极端异常值进行修正）。与常规法测流的流量过程线趋势大致接近，部分时段存在偏离，特征值大小及出现时间有一些差异，相差仅1～2 d的是由于雷达数据上下波动，相差较大则是由于雷达数据存在异常跳动值。部分双站数据缺失的用B站数据代替，而该段B站数据偏差和抖动也较为剧烈。反映到日均值上，逐日平均流量误差小于1%的占66.91%，在1%～5%之间的占26.98%，在5%～10%之间的占4.68%，超过10%的占1.44%。
5 结论与展望
从流速比测结果可知，高、中、低水位级均存在雷达测速系统偏小的现象，尤其是在高水期起点距90～210 m位置。严格来说，两种仪器施测近似在同一流线上，但并不在同一个水面点上，转子式流速仪施测的是旋桨直径所在水流立面的平均流速，而雷达测速所测的是水面10 m×10 m矩形方格网上的平均值，所以存在系统误差。对于表面流速比测，需提出更为科学合理的比测思路与方法，如用浮标法、电波流速仪等与雷达测速做进一步比较。
根据流量比测结果来看，UHF雷达系统流量系统误差为2.10%，随机不确定度为12.34%。UHF雷达系统安装简单，易于维护，流量比测结果具有较高精度。鉴于仙桃站高水期河底走沙较大，可采用较为稳定可靠的ADCP（瑞智、瑞江等）GGA模式与雷达比测。
流量过程线的比较表明，雷达工作不够稳定，尤其是A站，数据缺失导致无法生成双站合成矢量数据，单站数据还不够完整。与仙桃站2019年3～12月的流量过程相比，雷达数据存在缺失、异常跳动值及部分时段偏差。需要进一步提高UHF雷达测速稳定性及高水期起点距90～210 m位置的测速准确性，改进表面流量反演的计算模型精度，从而为后期投产使用提供数据支撑。
此外，需要对仙桃站游荡型河床断面冲於随时间、季节、水位级、流量级和洪水过程变化引起的流量误差分布继续分析，累积资料样本，给出UHF雷达系统测流在该站的适用条件。
参考文献：
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（編辑：李 慧）
Abstract： The existing radar discharge measurement method can not meet the requirement of representativeness， consistency and reliability. Taking the self-developed UHF radar of Wuhan University as an example， the comparison measurement of radar discharge measurement with rotating-element current meter and M9 ADCP were carried out at Xiantao Hydrometric Station on the Hanjiang River. The results showed that there were differences in the velocity measurement location and range between radar and rotating-element current meter， and the result of radar was systematically smaller， so the correlation should be further verified. Compared with the ADCP measured discharge， the accuracy of radar discharge measurement was good， the correlation coefficient was 0.9863， the relative error was from -13.27% to 17.09%， the systematic error was -2.10%， and the random uncertainty was 12.34%. In the view of the discharge process of Xiantao Hydrometric Station from March to December 2019， the disadvantages of radar included data missing， abnormal runout value and deviation in some time periods， so the stability of velocity measurement of the system should be strengthened in the future.
Key words： UHF radar; ADCP; discharge measurement comparison; Xiantao Hydrometric Station
关键词：UHF雷达;ADCP;流量比测;仙桃站
中图分类号：P333 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.009
文章编号：1006 - 0081（2021）05 - 0033 - 06
1 研究背景
社会经济的发展对水文监测信息的时效性和可靠性需求越来越迫切[1-2]。传统水文测流方式以接触式测流为主，如流速仪法、浮标法和ADCP测流等，实测流量需要进行整编定线，时间较为滞后[3-5]。非接触式雷达测流可实现在线实时监测，如果精度能满足要求，采用连实测流量过程线法推流，将极大提高水文资料的时效性和可靠性。
进入21世纪，美国开始研发利用雷达技术的非接触式河流流量测量方法[6]，我国也于近些年开展了非接触式雷达测流的比测研究。国内雷达比测方案主要有以下几种：①雷达点流速与流速仪测速比测;②雷达虚流量与流速仪或ADCP实测流量、报汛流量、水位流量关系线查算流量比较分析。如吴汉[7]等在都江堰（内江）水文站进行了雷达测速仪与转子流速仪的流速比测;李自立[8]等利用超高频河流探测雷达的河流遥感数据提取表面流速信息，估算断面流量，与汉口水文站整点报汛流量对比;王文华[9]用流速仪法与雷达法进行流量比测，为消除流速仪法流量测验随机误差的影响，采用水位流量关系曲线查线流量值作为标准值进行误差分析;李庆平[10]等在利川市小河沟水文站采用德国RQ24非接触式雷达流量自动化遥测系统进行明渠流量测验，并与声学多普勒流速剖面仪（ADCP）流量测验结果对比研究。
总的来说，现有的雷达测流比测方案大都比较简单或阐述不够清晰，尤其是岸基雷达的比测方案，表面流速比测要达到同位置、同时刻，流量比测要满足代表性、一致性和可靠性比较困难，需要对现行比测方案做进一步总结、分析与改进。
2 基本情况
2.1 仙桃站基本情况
仙桃水文站地处湖北省仙桃市龙华山六码头，东经113°28′，北纬30°23′，集水面积144 684 km2，距汉江河口距离约157 km，是控制汉江下游经东荆河分流后设立的一类精度站、国家重要水文站。测验断面上距兴隆水利枢纽111 km，上游右岸约82 km为汉江分流入东荆河口，下游右岸7 km处为杜家台分洪闸。测验断面上下游有弯道控制，顺直段长约1 km，河槽形态呈不规则的“W”形，右岸为深槽，左岸中低水有浅滩，中高水峰顶附近及杜家台分洪期右岸边有回流，河床由细沙组成，冲淤变化较大。
全年采用缆道流速仪法测流，按连时序法布置测次。水位流量关系受洪水涨落、变动回水、不经常性冲淤影响，长江干流高水期，该站水位流量关系受到明显顶托影响;低水期，水位流量关系受河槽控制呈临时单一关系。仙桃站历史最低水位22.33 m，调查最高水位36.24 m。历史最小流量165 m3/s，实测最大流量14 600 m3/s。水位级划分详见表1。
2.2 UHF雷达测流系统原理
雷达测流主要是利用多普勒效应接收回波与发射波的时间差来测定距离，利用多普勒频率的变化测量计算目标的运动速度，并利用目标回波在各天线通道上幅度或相位的差异来判别其方向，从而得到矢量速度。
此外，UHF雷达测流还运用了Bragg散射理论[11]，当雷达电磁波与其波长一半的水波作用时，同一波列不同位置的后向回波在相位上差异值为2π或2π的整数倍，因而产生增强性Bragg后向散射。通过判断一阶Bragg峰位置偏离标准Bragg峰的程度，计算波浪的径向流速。
根据上述原理[12-14]，武汉大学研制的UHF雷达测流系统雷达波长为0.88 m，频率为340 MHz，硬件部分由发射机、接收机、发射天线和接收天线组成。在等宽的顺直河道，可使用单站式系统实现流量探测;在不等宽、非顺直河道或其他流场复杂河段，可使用双站式系统实现流量探测。
UHF雷达测流系统根据雷达回波数据生成径向流场及矢量流场，具体过程包括一阶峰区域的划分、通道校准、方位角估计算法、径向流场的生成及后续处理、双站矢量流合成算法。其中，UHF雷达测流系统软件采用流速面积法计算流量：将雷达测流生成的各垂线表面流速按照指数分布模型进行计算，得到各垂线平均流速，根据测站自记水位计查得相应水位;借用仙桃站实测大断面，以测速垂线为界将过水断面划分为若干部分，计算部分面积[Ai]、部分平均流速[vi]，得到部分流量[qi]，累加得到断面流量Q（见公式（1）～（4））。针对某些异常值，软件采用中值滤波法处理：
3 比测方案设计
3.1 现有比测方法梳理
现有的比测内容主要包括点流速和断面流量的比测。
（1）点流速比测。一般采用雷达实测的表面流速与转子式流速仪法施測的表面流速或ADCP测流后提取的表面流速相比。其中，与转子式流速仪法比测是比较常用的方法，然而转子式流速仪需要完全没入水中才能正常工作，所以测到的并非表面流速，至少是旋浆回转半径深位置的点流速;ADCP探头传感器安装要没入水中，ADCP后处理软件得到的表面流速为根据实测插补外延的流速，并非真实的表面流速。严格来说，只有水面浮标法可以测到真实表面流速，但其流速也是上下断面距离内水面流速的平均值，且难以把控到中断面的位置，即浮标起点距与雷达测速位置不好对应，因此基本没有将雷达测速与浮标法比测的案例。 （2）断面流量比测。一般采用雷达表面流速推算的断面流量与转子式流速仪法测流、ADCP测流、长江水利委员会水文局报汛流量或该站水位-流量关系查算流量相比。其中，与转子式流速仪法比测流量的方法应用相对较多，雷达为在线监测，可以设置数据采集的时间，而流速仪测流时间较长，比测时需要注意时间的同步性。根据时间-水位在水位-流量关系曲线查線流量值，由于采用整点报汛流量比测存在一定任意性，在满足规范要求的前提下，不同技术人员的推流结果不尽相同。因此，采用时间相对较短且为实测资料的ADCP测流与雷达比测流量是一种较为可靠的方法。
3.2 比测方案设计与应用
综合考虑现有比测方法的优缺点，本次采用UHF雷达测流系统在仙桃站开展雷达表面流速与转子式流速仪点流速比测，雷达系统断面流量与ADCP实测流量比测。雷达测流的误差统计以流速仪法或ADCP法测验成果为“真值”，统计或估算各项比测误差。具体比测方案及开展情况如下。
3.2.1 点流速定点比测
在高、中、低水位级下，根据波浪代表性各开展5～10次流速仪与UHF雷达测流系统表面流速的比测试验，测点横向分布每次不少于10个。为保证测得准确流速，转子式流速仪在测速时需要完全入水，入水深度约0.10 m，实际测得约为0.05 m水深处的测点流速。仙桃站断面最大水深不超过10 m，0.05 m水深位置的流速与水面流速大小大致接近。流速仪的布设位置要考虑仙桃站表面流速横向分布的代表性，流速仪适宜的布设起点距范围为70～320 m，间隔10 m。
各点流速仪测流历时既要与UHF雷达测流系统的单次采样时间同步，又要考虑消除流速脉动并体现代表性，因此每测点流速施测时间不少于100 s。同时，为确保时间的同步性及雷达的正常工作，比测时需将UHF雷达测流系统采样频次调整为10 min/次，每次工作100 s，比测时找到与流速仪测速时间最接近的雷达测速数据。
3.2.2 断面流量比测
采用走航式M9 ADCP（声学多普勒流速剖面仪）与UHF雷达测流系统比测流量。M9数据模式在中低水期采用BTM底跟踪模式，在高水期考虑到河底走沙的影响采用GGA模式。比测测次分布在高、中、低水位级，各水位级比测测次不少于10次。比测时找到与ADCP测流平均时间最接近的雷达数据。
3.2.3 比测开展情况
UHF雷达测流系统于2019年3月8日开始收集数据，开展流速、流量比测采用的雷达测流数据时间范围为2019年5月27日至11月15日（流速比测28次，流量比测27次，高水位10次，中、低（枯）水位各9次），水位在23.23～30.13 m之间，实测流量在476～5 770 m3/s之间。
4 应用效果
4.1 流速比测分析
表面流速比测采用UHF雷达双站合成流速与转子式流速仪，共施测28次，高、中、低水位级比测测次分别为10，9，9次（见表2）。
由于UHF雷达测得的表面流速对应的雷达距离（0，10，20，30 m，…）为雷达发射位置到水面的距离，与实际的断面起点距存在一定差别，需要加上仙桃站断面起点到雷达安装位置的距离（27 m）。经过转换后的雷达起点距不再为10 m的整数倍，与转子式流速仪施测的垂线起点距（70，80，90，100，120，140，160，180，200，220，240，260，280 m和300 m）并不重合。因此，在对于表面流速进行误差分析时，要根据本站断面起点距对相邻雷达起点距对应的雷达表面流速进行线性插补，得到与本站测速垂线起点距对应的雷达表面流速，再与该起点距下的流速仪表面流速进行误差分析。
根据误差分析（见表3），UHF雷达测速在高、中水位级都系统偏小。相对误差绝对值基本集中在50%以内，雷达测速误差在低水位级表现较好，误差绝对值小于10%的比例在35.9%，高、中水位级误差绝对值小于10%的比例仅在20.1%和26.5%，水位越高，雷达测速误差越大。
从UHF雷达与转子式流速仪比测流速横向分布来看（每个水位级挑选了有代表性的3张图，见图1），高、中、低水位级均存在雷达测速偏小的现象。雷达在高水期起点距90～210 m位置对应的表面流速明显偏小，起点距250 m以后差距减小;在中水期起点距70 m以后位置对应的表面流速均偏小，偏小幅度比高水期略小;低水期起点距90～210 m位置对应的表面流速明显偏小，270 m后位置对应的表面流速偏大。
4.2 流量比测分析
雷达测流系统软件将各垂线表面流速按照指数分布模型计算得到垂线平均流速，采用流速面积法计算断面流量，直接将走航式M9 ADCP测流得到的断面流量与测流平均时间对应的UHF雷达测流系统软件计算的流量比测，测次共27次。比测结果如下：UHF雷达系统流量与ADCP实测流量相关系数为0.986 3，相对误差在-13.27%～17.09%之间，系统误差为-2.10%，随机不确定度为12.34%（见图2）。
4.3 流量过程比较分析
仙桃站常规测验方法为缆道流速仪法，2019年按连时序法布置测次，采用连时序法和临时曲线法定线推流，成果已通过复审并正式刊印。UHF雷达测流系统最大优势之一在于实现了在线监测，本次系统设置于2019年3月开始运行，3月8日后获得较为稳定的双站数据，每整点开始记录，测次密集，基本覆盖了监测期间的流量变化过程。采用连实测流量过程线法进行整编推流，与仙桃站常规推流成果进行对比分析，并将2019年水位、仙桃站常规法推流流量过程线、仙桃站实测流量、UHF雷达推流流量过程线点绘于同一张图上（节选部分典型月份见图3）。由于UHF雷达双站数据部分缺失，缺失单站数据的由单站（B站）数据补充，仍缺乏数据的为3月20～26日，8月15～27日，9月12～19日，在统计上述时段流量时，应根据临近数据按照一元三点法进行插补。 通过分析推流过程线、逐日平均流量、月流量统计可以发现，UHF雷达流量过程线不够光滑，存在较多跳动及部分异常值（已对极端异常值进行修正）。与常规法测流的流量过程线趋势大致接近，部分时段存在偏离，特征值大小及出现时间有一些差异，相差仅1～2 d的是由于雷达数据上下波动，相差较大则是由于雷达数据存在异常跳动值。部分双站数据缺失的用B站数据代替，而该段B站数据偏差和抖动也较为剧烈。反映到日均值上，逐日平均流量误差小于1%的占66.91%，在1%～5%之间的占26.98%，在5%～10%之间的占4.68%，超过10%的占1.44%。
5 结论与展望
从流速比测结果可知，高、中、低水位级均存在雷达测速系统偏小的现象，尤其是在高水期起点距90～210 m位置。严格来说，两种仪器施测近似在同一流线上，但并不在同一个水面点上，转子式流速仪施测的是旋桨直径所在水流立面的平均流速，而雷达测速所测的是水面10 m×10 m矩形方格网上的平均值，所以存在系统误差。对于表面流速比测，需提出更为科学合理的比测思路与方法，如用浮标法、电波流速仪等与雷达测速做进一步比较。
根据流量比测结果来看，UHF雷达系统流量系统误差为2.10%，随机不确定度为12.34%。UHF雷达系统安装简单，易于维护，流量比测结果具有较高精度。鉴于仙桃站高水期河底走沙较大，可采用较为稳定可靠的ADCP（瑞智、瑞江等）GGA模式与雷达比测。
流量过程线的比较表明，雷达工作不够稳定，尤其是A站，数据缺失导致无法生成双站合成矢量数据，单站数据还不够完整。与仙桃站2019年3～12月的流量过程相比，雷达数据存在缺失、异常跳动值及部分时段偏差。需要进一步提高UHF雷达测速稳定性及高水期起点距90～210 m位置的测速准确性，改进表面流量反演的计算模型精度，从而为后期投产使用提供数据支撑。
此外，需要对仙桃站游荡型河床断面冲於随时间、季节、水位级、流量级和洪水过程变化引起的流量误差分布继续分析，累积资料样本，给出UHF雷达系统测流在该站的适用条件。
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（編辑：李 慧）
Abstract： The existing radar discharge measurement method can not meet the requirement of representativeness， consistency and reliability. Taking the self-developed UHF radar of Wuhan University as an example， the comparison measurement of radar discharge measurement with rotating-element current meter and M9 ADCP were carried out at Xiantao Hydrometric Station on the Hanjiang River. The results showed that there were differences in the velocity measurement location and range between radar and rotating-element current meter， and the result of radar was systematically smaller， so the correlation should be further verified. Compared with the ADCP measured discharge， the accuracy of radar discharge measurement was good， the correlation coefficient was 0.9863， the relative error was from -13.27% to 17.09%， the systematic error was -2.10%， and the random uncertainty was 12.34%. In the view of the discharge process of Xiantao Hydrometric Station from March to December 2019， the disadvantages of radar included data missing， abnormal runout value and deviation in some time periods， so the stability of velocity measurement of the system should be strengthened in the future.
Key words： UHF radar; ADCP; discharge measurement comparison; Xiantao Hydrometric Station