黃河瑪曲（二）站走航式ADCP 流量測驗比測分析

馬良成，鐘政道

（黃河水利委員會上游水文水資源局瑪曲水文站，甘肅瑪曲747300）

1 瑪曲水文站基本情況

瑪曲水文站設立于1959 年1 月1 日，由黃河水利委員會設立為基本水文站，是黃河上游的重要控制站。境內有140 余條支流匯入黃河，有“黃河上游蓄水池的美譽”，是黃河上游的主要產匯流區。在基本水尺斷面上游1 200 m 和下游1 300 m 處均有90°的彎道，高水時下游彎道和測驗河段可以起到控制作用。水位流量關系低水時多為單一線或臨時曲線，中高水時多為繩套。

2 走航式ADCP 情況

本次比測使用的是由美國德立達（Teledyne）集團TRDI 公司生產的新一代智能流量測驗系統——“瑞譜”型ADCP（配套瑞譜ADCP、GPS 羅經、折疊式三體船以及智能自適應軟件），是第四代聲學多普勒流量測驗產品，該設備具有更小的體積、重量，更加方便的野外測驗和運輸。

本次使用的瑞譜ADCP，配備Hemisphere V102 GPS 羅經（V102 GPS Compass）一體機，可以同時輸出GPS 和方向數據，標準NMEA 0183 數據格式。定位準確度為亞米級，定位和方向數據標準更新速率10 Hz，可選20 Hz；方向準確度＜0.75°；電源6～36 VDC，和ADCP 共用電源。定位和方向數據送入ADCP。

3 比測方法

本次比測采用流速儀法和走航式ADCP 同步進行流量測驗，對兩者測得流量、流速、面積進行比較分析。每次比測走航式ADCP 使用三體船，采用橫渡法施測2 個測回斷面流量（在流速儀法測流前、后各往返1 個來回或在流速儀法測流時間的中間時段施測2 個測回），其算術平均值作為走航式ADCP測得的流量值，每半個測回測得的流量值不大于2個測回算術平均值的±5%。ADCP 測得算術平均值與流速儀常測法測得的流量相比較，相對誤差不超過±5%；比測隨機不確定度不應超過6%，比測條件較差的不應超過7%；系統誤差不應超過±1%，條件較差的不應超過±2%。

在施測過程中該站的走航式ADCP 主要參數設置如下：本次比測ADCP 載體為無動力三體船（鉛魚纜道牽引），ADCP 探能器入水深采用0.08 m；岸邊系數斜坡采用0.7、陡岸采用0.8；水深修正一致使用River Depth Source 中的Composite(VB)；冪函數指數使用流量測量質量控制和管理軟件Q-View 推薦值；聲速采用固定聲速1 450 m/s。

4 比測資料分析

本次比測試驗從2017 年7 月至2018 年9 月，共測得34 組比測試驗數據。測得水位變幅范圍為1 994.19～1 997.08 m；實測流量變幅范圍為259～1 800 m3/s。

表1 流速儀法與ADCP 測得的斷面流量比對分析

4.1 流量比測分析

通過表1 進行綜合分析得出：34 次比測試驗流量相對誤差均在±5%范圍內，合格率為100%；系統誤差為+0.69%，標準差為2.16%，不確定度為4.32%，符合《河流流量測驗規范》中4.1.2.3 條比測隨機不確定不應超過6%，系統誤差不應超過±1%的規定。

以流速儀實測流量值為縱坐標，以ADCP 實測流量值為橫坐標，建立Q0～Q1相關關系（見圖1）。兩者相關關系很好，相關系數為0.997 1，具有很高的擬合度，其相關公式：

圖1 流速儀實測流量與ADCP 實測流量相關分析圖

4.2 斷面面積分析

通過表1 進行綜合分析得出：34 次比測試驗面積相對誤差均在5%以內，合格率為100%，系統誤差為-0.01%。

以測深鉛魚實測面積值為縱坐標，以ADCP 實測面積值為橫坐標，建立A0～A1相關關系（見圖2）。從圖2 可以看出，兩者相關關系很好，相關系數為0.996 9，具有很高的擬合度，其相關公式：

圖2 鉛魚實測面積與ADCP 實測面積相關分析圖

4.3 平均流速分析

通過表1 進行綜合分析得出：34 次比測試驗流速相對誤差均在5%以內，合格率為100%，系統誤差為+0.82%。

以流速儀實測平均流速值為縱坐標，以ADCP實測平均流速值為橫坐標，建立V0～V1相關關系（見圖3）。從圖3 可以看出，兩者相關關系很好，相關系數為0.988 9，具有很高的擬合度，其相關公式：

圖3 流速儀實測流速與ADCP 實測流速相關分析圖

5 結論

瑪曲（二）站走航式ADCP 進行流量測驗主要采取鉛魚纜道牽引三體船攜載ADCP 及配套設備進行，能保證船速、航跡穩定。河段洪水漲落緩慢，流速小，為ADCP 的測驗提供了良好的條件。

從比測資料分析可以看出，走航式ADCP 在瑪曲（二）站測驗精度符合規范要求，具有良好的應用條件，可作為瑪曲（二）站主要的測流方式。經綜合分析，走航式ADCP 完全可在瑪曲（二）站使用，水位變幅為1 994.19～1 997.08 m、流量為259～1 800 m3/s 范圍內投產使用，作為瑪曲（二）站流量測驗的常用手段。