CM型H-ADCP在水口（二）水文站的應用

范東宏

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

關鍵詞：H-ADCP 流量 分析 評價

受水利工程和挖沙影響，該站測驗河段在中低水位時水流條件復雜，水位流量關系紊亂，使得本站的水文測驗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水平聲學多普勒流速剖面儀（簡稱CM型H-ADCP）進行在線流量測驗，并與常規流速儀測驗進行對比分析，分析成果經廣東省水文局批準并投入使用。本文基于CM型H-ADCP在水口（二）站的應用并進行率定、分析和評價，為CM型H-ADCP在其他相似站點的推廣應用提供一定的科學依據。

1.水文站基本概況

水口（二）站是梅江上游五華河、琴江、寧江匯合后的區域代表站，站址為梅州市興寧市水口鎮，干流河長距離為164km，干流坡降1.19‰，集水面積6480km2，測驗項目主要有水位、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聲學多普勒原理

TRDI CM 600 H-ADCP 主要是利用聲學多普勒頻移中的物理原則進行水流速度的測量。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系進行表示：

CM-600 H-ADCP 是一種收發兼容的多普勒流速儀。

2.2固定式測量原理——指標流速法

固定式測量儀器實測主要是指在水平層測量段中的標準流速，利用建立指標流速和斷面平均流速之間的關系，從而測試指標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設置

3.1 斷面的選擇

經現場察看，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行流速、流向分布情況分析，分析認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

采用M9和流速儀在基本斷面進行流量測驗30次以上。

代～斷關系率定方法：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測斷面平均流速和線代表流速之間關系，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行水位的比側，其準確記錄是根據基本斷面召測水位儀進行，對在線H-ADCP水位值進行修正。

5.3率定流速關系及關系曲線檢驗

將M9或流速儀在基本斷面測得的流量通過借用水口（二）站相應水位對應的基本斷面面積轉化為基本斷面的平均流速；用M9或流速儀施測相應時間的代表流速和基本斷面平均流速數據建立相關關系并進行檢驗。

5.3.1率定流速關系

率定關系共收集105份流量測次，其中1線55份實測數據及相應在線流量計數據， 2線50份實測數據及相應在線流量計數據，斷面平均流速V平均與在線代表流速VSL兩者相關關系見圖2。

由圖2可知，1線代表流速與斷面平均流速的相關關系式為：

y=

-0.0183x2+ 0.5845x+ 0.0115

其中數據復相關系數R2=0.9989

2線代表流速與斷面平均流速的相關關系式為：

y=0.0348 x2 +0.9511x+0.0235

其中數據復相關系數R2=0.9977

式中：

x—代表流速，m/s；

y—斷面平均流速，m/s；

5.3.2關系曲線檢驗

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，其嵩縣精準度主要參照《水文資料整編規范》（SL247-2012）的規定指標，若是分析結果符合規定標準，則頂線正確，可以進行后續工作。

5.4流量精度分析

對參與率定測次的流量進行對比分析，結果為：1線流速相對誤差≤7%的點為80%，相對誤差≤10%的點數100%。2線流速相對誤差≤7%的點為86%，相對誤差≤10%的點數100%；認為代表流速和斷面平均流速的率定關系可靠，可以應用在水口（二）站中低水日常的流量測驗工作中。

6.結論

（1）在線流量計屬于高技術含量的側流速儀器，其優點是日程運行成本較低、實時、快捷、準確，在不同的水流中適應性較好。而在線測流系統中應用，能夠將測流實驗中的各項難題有效解決，為水文預報以及測驗工作提供了更加便捷的方法。

（2）分析認為：斷面平均流速和代表流速具有較好的相關關系，復相關系數為0.9989和0.9977。代～斷流速關系測點標準差Se=4.9%，隨機誤差為9.8%，系統誤差為0.31%≤±1%，均已經達到規范規定的精度標準指標，且代～斷流速關系三線檢驗均通過，率定關系可靠。

（3）對于現有率定的關系線，每年仍需均勻分布代表流速采集不少于10測次實測流量成果進行驗證。一旦發現因測站測驗河段水文特性變化引起代～斷流速率定關系不再適用時，立即加強測驗修正率定關系。

參考文獻：

[1]孫正熙.H-ADCP在高州水文站的應用[J].珠江水運，2019（02）：85-86.

[2]曾廣建.蕉坑（二）水文站安裝H-ADCP可行性分析[J].甘肅水利水電技術，2017，53（12）： 4-6.