陳錢

摘 要： 1999年8.13洪水中該站纜道被沖毀后一直采用浮標(biāo)法測流，測驗精度低;2012年6月下游景觀壩建成蓄水，使該站水位流量關(guān)系紊亂，采用連實測過程線法推流，全年需測流300次以上，勞動強度大。目前全省水文系統(tǒng)正在逐步推進市域巡測，監(jiān)測方式的改革也勢在必行。

關(guān)鍵詞： 在線測流系統(tǒng); 比測分析;方案

【中圖分類號】 P332.4? ? ? 【文獻標(biāo)識碼】A? ? ?【文章編號】1674-3733（2020）14-0243-02

1 基本情況

1.1 測站概況。郴州水文站是省級重要水文站，位于湖南省郴州市蘇仙區(qū)沿江路，東經(jīng)112°02′，北緯25°48′。測驗項目有水位、流量、降水量、水質(zhì)，屬二類精度站。該站集水面積為354平方公里，斷面以上干流長49.7公里，距河口26公里?；?0m處建有一座兩墩三孔水泥公路橋?；录s2380m處于2004年新建成水泥公路橋一座?；录s2500m處于2012年6月開始新建四普莊鋼壩，用于人工造湖，建成后蓄水將本站水位抬高約1.5m以上。上游江源水庫的施工建設(shè)，對斷面河床淤積有一定的影響。

1999年8.13洪水中該站跨河主索被洪水沖毀后該站一直采用浮標(biāo)法測流，測驗精度低;2012年6月下游景觀壩建成蓄水，使該站水位流量關(guān)系紊亂，采用連實測過程線法推流，全年需測流300次以上，勞動強度大。

1.2 項目背景。下游景觀壩蓄水后，將水位抬高1.5m以上，使該站水位流量關(guān)系紊亂，采用連實測流量過程線推流。在蓄水期每天都需要測流，勞動強度大。目前全省水文系統(tǒng)正在逐步推進市域巡測，監(jiān)測方式的改革也勢在必行。監(jiān)測方式改革必須要減輕勞動強度，徹底解決流量測驗問題，要解決這些問題必須用好新儀器設(shè)備。

2 H-ADCP簡介

2.1 系統(tǒng)介紹。HADCP采用最新的聲學(xué)多普勒剖面技術(shù)，既有超聲波點流速儀的方便安裝，簡單使用的優(yōu)點，又具有超聲波點流速儀所不具備的實測流速范圍的拓寬而帶來的流速流量測量高精度和高準(zhǔn)確度;提供0.001 m/s的流速測量分辨率和0.002 m/s的測流分辨率，最大流速測量可達到5 m/s。二維測流，安裝容易，自帶不銹鋼安裝底座，更加方便安裝，電纜無需過河底;儀器堅固耐用，不易受生物附著影響，維護方便;外形小巧，流線型設(shè)計，有效減少擾流影響。

2.2 工作原理。郴州站在線測流系統(tǒng)由H-ADCP傳感器、和時通數(shù)據(jù)處理與采集傳輸系統(tǒng)和和時通流量在線監(jiān)測智能管理平臺構(gòu)成。工作原理是利用和時通流量數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)控制HADCP傳感器進行工作，定時自動采集水位、流速流量等數(shù)據(jù)信息，然后通過無線網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)街行谋O(jiān)測站的和時通流量在線監(jiān)測智能管理平臺，實現(xiàn)了流量流速監(jiān)測管理的實時化、自動化、智能化。

3 在線測流系統(tǒng)率定分析

3.1 率定期間水文情勢及資料采用情況。本次比測分析資料的時間段為2019年2月21日～2019年6月11日，期間最高水位3.16m，最低水位0.69 m，H-ADCP測得的最低水位為1.07m（當(dāng)?shù)陀?.07時，無流速信號或信號異常），測得最高水位3.54m。比測實測流量最低相應(yīng)水位107m，實測流量最高相應(yīng)水位3.54m，比測流量范圍9.0-256m3/s，在線實測流速范圍0.20-1.55m/s。

H-ADCP流量比測期間本站水位基本處于暢流期，只有4月25-26日短暫蓄水。采用2019年2月21日～2019年6月11日共50次實測流量，7月14日2次實測流量，總共52次實測流量。其是收集高水位比測流量15次，中水位流量28次，低水位流量9次。3月12日13：10～3月15日16：20由于系統(tǒng)故障，該時段內(nèi)無數(shù)據(jù)。當(dāng)水位低于1.07m時系統(tǒng)無法監(jiān)測到數(shù)據(jù)，因在這一級水位均為暢流期，故在水位低于1.07m系統(tǒng)無監(jiān)測數(shù)據(jù)時采用臨時線推流。

3.2 水位級劃分。根據(jù)郴州水文站測站任務(wù)書水位級劃分，高水水位>197m，中水水位1.26m～1.97m，低水水位<1.26m。

3.3 在線測流系統(tǒng)關(guān)系線率定。根據(jù)《聲學(xué)多普勒流量測驗規(guī)范》（SL337-2006）第6.2.4條、《水文巡測規(guī)范》（SL195-2015）第7.2.8條的相關(guān)規(guī)定，郴州站采用常用流量測驗方案中的流速儀法、走航式ADCP與H-ADCP進行率定分析。為確保資料一致性和精度，實測流量選用了測流平均時間作為和在線系統(tǒng)監(jiān)測的同步時間。當(dāng)實測流量的平均時間與在線系統(tǒng)不一致時，采用前后兩次在線系統(tǒng)的流量平均值。

本次Q實測～Q在線 關(guān)系曲線先采用手工繪制，再查節(jié)點輸入Excel表格自動率定關(guān)系線（如圖3.1），建立相關(guān)公式。Y=0.0025x2+0.6986x+3.9909。

圖3.1 郴州站HADCP在線測流系統(tǒng)關(guān)系率定圖相關(guān)系數(shù)是表示兩個變量之間關(guān)系的密切程度，取值范圍在-1～1之間，當(dāng)R越接近1時，說明兩變量之間的關(guān)系越密切，從圖3.2可以看出：R=0.999，說明兩者關(guān)系很好。

圖3.2 郴州站實測流量～在線流量相關(guān)關(guān)系圖

4 比測結(jié)果分析

4.1 對H-ADCP流量監(jiān)測系統(tǒng)率定的關(guān)系曲線進行符號、適線和偏離數(shù)值三個檢驗分析，以確定率定曲線是否正確可行。三項檢驗結(jié)果見下表：

對關(guān)系曲線的檢驗，標(biāo)準(zhǔn)差4.6%，隨機不確定度92%，系統(tǒng)誤差-0.6%，各項指標(biāo)均達到規(guī)范要求，認(rèn)為定線合理。

4.2 對郴州站3-6月的月徑流量、次洪量進行對比分析。采用目前郴州站常規(guī)測驗水位流量關(guān)系線與H-ADCP流量（由在線流量通過相關(guān)公式計算實測流量）整編成果進行對比。如下表：

（圖4.3 水文巡測規(guī)范允許誤差表）從曲線檢定結(jié)果以及其月徑流量、次洪量對照表來看均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。因此所定的流量在線監(jiān)測系統(tǒng)H-ADCP在線流量與實測流量的關(guān)系曲線經(jīng)校驗是可以采用的，利用流量在線監(jiān)測系統(tǒng)所采集的資料進行整編是可行的。

5 整編方案

通過以上分析可知，當(dāng)流量在線監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測水位在1.07 ～3.54m時，H-ADCP在線監(jiān)測系統(tǒng)所測流量與實測流量的誤差符合規(guī)范要求，可采用H-ADCP流量在線監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測的流量進行資料整編，其具體實施方案要求如下：

（1）整編方法：根據(jù)水位月報中摘錄的水位時間，到和時通流量在線監(jiān)測智能管理平臺查詢相應(yīng)時間的流量。由于系統(tǒng)平臺是每十分鐘一組數(shù)據(jù)，當(dāng)水位摘錄的時間與平臺時間不一致時可采用內(nèi)插或取平均的方法得到相應(yīng)流量。

將查詢到的在線流量用公式Y(jié)=0.0025x2+0.6986x+3.9909進行計算（x為自變量即在線流量），得到Q實測。在南方片資料整編中一個摘錄水位對應(yīng)一個Q實測，采用連實測流量過程線的方法進行整編計算。

（2）當(dāng)水體渾濁或含沙量較大流量出現(xiàn)負(fù)值時，可將它的過程數(shù)據(jù)中的負(fù)流速去除后取平均值得到斷面平均流速V，根據(jù)水位再查算斷面面積A，再用V*A=Q得到流量數(shù)據(jù)。

（3）郴州站水位在1.07m以下時為暢流期，全年為單一線。水位低于1.07m查線得到實測流量。

（4）本次收集的比測資料均為暢流期，故此次分析成果僅適用于暢流期。蓄水期間由于受下游景觀壩頂托影響，水位流量關(guān)系發(fā)生變化，還需重新收集蓄水期資料進行率定。

6 結(jié)語

在線測流系統(tǒng)所測流量與實測流量關(guān)系良好，暢流期可以用Y=0.0025x2+0.6986x+3.9909（Y實測，X在線）關(guān)系轉(zhuǎn)換，整編精度符合規(guī)范要求。此次比測范圍水位在1.07-3.54m，當(dāng)水位在1.07m以下時進行查線處理，因此每年107m以下要實測流量校正綜合線;當(dāng)水位高于3.54m時要實測流量比測率定相關(guān)系數(shù);當(dāng)流量在線監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測的流量與實測流量的關(guān)系誤差超過規(guī)范要求，立即恢復(fù)常規(guī)測驗;在H-ADCP儀器出現(xiàn)故障或維護期間恢復(fù)正常測驗。

采用在線測流系統(tǒng)后，可以大大減輕勞動強度，騰出人力、物力進行水文服務(wù)和應(yīng)急監(jiān)測，為市域巡測打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] H-ADCP在線測流系統(tǒng)在思賢滘的應(yīng)用研究[J]. 李志敏.廣東水利水電， 2006（05）.