范東宏

摘 要：本文基于CM型H-ADCP在線流量測驗(yàn)在水口（二）水文站的應(yīng)用以及分析和評價，為CM型H-ADCP在其他相似站點(diǎn)的推廣應(yīng)用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：H-ADCP 流量 分析 評價

受水利工程和挖沙影響，該站測驗(yàn)河段在中低水位時水流條件復(fù)雜，水位流量關(guān)系紊亂，使得本站的水文測驗(yàn)整編工作面臨很大的困難， 2017年11月水口（二）站安裝了美國TRDI公司ChannelMaster 型600 kHz水平聲學(xué)多普勒流速剖面儀（簡稱CM型H-ADCP）進(jìn)行在線流量測驗(yàn)，并與常規(guī)流速儀測驗(yàn)進(jìn)行對比分析，分析成果經(jīng)廣東省水文局批準(zhǔn)并投入使用。本文基于CM型H-ADCP在水口（二）站的應(yīng)用并進(jìn)行率定、分析和評價，為CM型H-ADCP在其他相似站點(diǎn)的推廣應(yīng)用提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1.水文站基本概況

水口（二）站是梅江上游五華河、琴江、寧江匯合后的區(qū)域代表站，站址為梅州市興寧市水口鎮(zhèn)，干流河長距離為164km，干流坡降1.19‰，集水面積6480km2，測驗(yàn)項(xiàng)目主要有水位、流量、降雨量；基本斷面下游29.4 km處建有梯級水電站，該站測驗(yàn)河段較順直，測流斷面上游70m處是水口大橋，再上15m處是水口二橋。水口（二）站地理位置及河流水系分布見圖1。

2.在線流量測量原理

2.1聲學(xué)多普勒原理

TRDI CM 600 H-ADCP 主要是利用聲學(xué)多普勒頻移中的物理原則進(jìn)行水流速度的測量。其測量水流速的原理是：若是聲源與物體接受波之間存在相對運(yùn)動，則聲源法神的聲波頻率與物體所接受的聲波頻率存在一個差異，此則為多普勒的頻移。在多普勒流速儀中，有一個公式可以對這個頻移關(guān)系進(jìn)行表示：

CM-600 H-ADCP 是一種收發(fā)兼容的多普勒流速儀。

2.2固定式測量原理——指標(biāo)流速法

固定式測量儀器實(shí)測主要是指在水平層測量段中的標(biāo)準(zhǔn)流速，利用建立指標(biāo)流速和斷面平均流速之間的關(guān)系，從而測試指標(biāo)流速到斷面的平均流速，之后將斷面平均流速與斷面面積相城，就可以求得斷面的瞬間流量。

3.在線流量計安裝及參數(shù)設(shè)置

3.1 斷面的選擇

經(jīng)現(xiàn)場察看，儀器安裝斷面定在斷面基上70m水口（二）橋，安裝高程為74.25m，儀器安裝在上游的新橋橋孔處的橋墩壁上。

3.2斷面的流速及流向分布分析

選取2018年9月4日在水口（二）橋斷面所測的流量測次進(jìn)行流速、流向分布情況分析，分析認(rèn)為該斷面的水流集中在橋墩2與橋墩3之間的中泓處，流向90度左右，與河道走向一致。在線H-ADCP儀器探頭安裝在橋墩2，可以測量到該斷面主要流量部分的流速。

4.比測率定方法及依據(jù)

采用M9和流速儀在基本斷面進(jìn)行流量測驗(yàn)30次以上。

代～斷關(guān)系率定方法：采用回歸分析法計算斷面平均流速。建立在基本斷面處中的實(shí)測斷面平均流速和線代表流速之間關(guān)系，求得回歸方程，利用代表流速計算得出斷面平均流速。

5.資料收集與整理分析

5.1率定期間水文情勢

在率定期間，水口（二）站最大流量1430 m3/s，最小流量15.2 m3/ s。最高水位為78.51m，最低水位為74.26m。在6月、8月和9月分別出現(xiàn)了三場較大洪水。

5.2水位比測分析

主要選擇不同水流時段的條件進(jìn)行水位的比側(cè)，其準(zhǔn)確記錄是根據(jù)基本斷面召測水位儀進(jìn)行，對在線H-ADCP水位值進(jìn)行修正。

5.3率定流速關(guān)系及關(guān)系曲線檢驗(yàn)

將M9或流速儀在基本斷面測得的流量通過借用水口（二）站相應(yīng)水位對應(yīng)的基本斷面面積轉(zhuǎn)化為基本斷面的平均流速；用M9或流速儀施測相應(yīng)時間的代表流速和基本斷面平均流速數(shù)據(jù)建立相關(guān)關(guān)系并進(jìn)行檢驗(yàn)。

5.3.1率定流速關(guān)系

率定關(guān)系共收集105份流量測次，其中1線55份實(shí)測數(shù)據(jù)及相應(yīng)在線流量計數(shù)據(jù)， 2線50份實(shí)測數(shù)據(jù)及相應(yīng)在線流量計數(shù)據(jù)，斷面平均流速V平均與在線代表流速VSL兩者相關(guān)關(guān)系見圖2。

由圖2可知，1線代表流速與斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系式為：

y=

-0.0183x2+ 0.5845x+ 0.0115

其中數(shù)據(jù)復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.9989

2線代表流速與斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系式為：

y=0.0348 x2 +0.9511x+0.0235

其中數(shù)據(jù)復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=0.9977

式中：

x—代表流速，m/s；

y—斷面平均流速，m/s；

5.3.2關(guān)系曲線檢驗(yàn)

在上述的斷面平均流速以及表面流速使用三線檢測的方法分析，其嵩縣精準(zhǔn)度主要參照《水文資料整編規(guī)范》（SL247-2012）的規(guī)定指標(biāo)，若是分析結(jié)果符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，則頂線正確，可以進(jìn)行后續(xù)工作。

5.4流量精度分析

對參與率定測次的流量進(jìn)行對比分析，結(jié)果為：1線流速相對誤差≤7%的點(diǎn)為80%，相對誤差≤10%的點(diǎn)數(shù)100%。2線流速相對誤差≤7%的點(diǎn)為86%，相對誤差≤10%的點(diǎn)數(shù)100%；認(rèn)為代表流速和斷面平均流速的率定關(guān)系可靠，可以應(yīng)用在水口（二）站中低水日常的流量測驗(yàn)工作中。

6.結(jié)論

（1）在線流量計屬于高技術(shù)含量的側(cè)流速儀器，其優(yōu)點(diǎn)是日程運(yùn)行成本較低、實(shí)時、快捷、準(zhǔn)確，在不同的水流中適應(yīng)性較好。而在線測流系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠?qū)y流實(shí)驗(yàn)中的各項(xiàng)難題有效解決，為水文預(yù)報以及測驗(yàn)工作提供了更加便捷的方法。

（2）分析認(rèn)為：斷面平均流速和代表流速具有較好的相關(guān)關(guān)系，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9989和0.9977。代～斷流速關(guān)系測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差Se=4.9%，隨機(jī)誤差為9.8%，系統(tǒng)誤差為0.31%≤±1%，均已經(jīng)達(dá)到規(guī)范規(guī)定的精度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，且代～斷流速關(guān)系三線檢驗(yàn)均通過，率定關(guān)系可靠。

（3）對于現(xiàn)有率定的關(guān)系線，每年仍需均勻分布代表流速采集不少于10測次實(shí)測流量成果進(jìn)行驗(yàn)證。一旦發(fā)現(xiàn)因測站測驗(yàn)河段水文特性變化引起代～斷流速率定關(guān)系不再適用時，立即加強(qiáng)測驗(yàn)修正率定關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

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