固定式ADCP（SL500）在六库站的适用性分析

固定式ADCP（SL500）在六库站的适用性分析

和春花

和春花

（云南省水文水资源局大理分局671000）

摘要：2012年4月，大理分局在六库站引进了美国SonTek淘金者（简称ADCP）—SL500KHz声学多普勒流速流量测量仪，通过对4至9月流量与6至9月水位资料进行分析，该仪器适用于六库站。

关键词：ADCP(SL500KHz)六库站适用性

1.六库站概况

六库站于1999年5月由云南省水文水资源局设立，地处东经98°51′，北纬25°51′，其流域面积106681km2，为怒江干流重要控制站，一类精度站，收集怒江干流基本水文信息，为怒江水资源开发、六库镇和下游地区防汛服务，所在地六库镇为怒江州经济、文化、政治中心。

2.六库站河流特性

六库站距出口距离为282km,距上游贡山站距离265，至入境处河长为236，断面形状呈U型，测验河段顺直长约280，无区间入流，河床由砂卵石组成，两岸均为人工砌石防护墙，断面控制较差，中低水位级时右岸有死水，各级水位主泓基本稳定，主泓区间（55.0～85.0）最大，逐渐向两岸递减，全年最大流速在5.0m/s以上，平均流速在0.50～4.50m/s，水面宽105～140m，最大水深变幅在6.0～17.5m之间。断面冲淤变化小，水位流量呈单一曲线线型关系。汛期水位上涨时漂浮物较多，含沙量较大，落水及平水时漂浮物较少。枯季江水特清。

3.ADCP—SL500KHz主要技术性能指标

ADCP是用声学多普勒水流剖面测量原理来测量的，目前共有3种型号（SL3000、SL1500、SL500）。六库站所用ADCP为美国SonTek淘金者—SL500KHz，其测量范围在1.5—120m，流速测量范围±6m/s,分辨率0.001m/s，准确度为±1%；水位测量范围0.2—18m,准确度：深度＜6m,±0.6cm,深度≥6m，±0.1%；输入电源7—15伏直流、功耗0.5—1.0瓦；内存为4MB（可存储200,000多个样本）；温度传感器：分辨率0.01℃，准确度±0.1℃。RS422输出，

4.ADCP流量测量原理

根据六库站的特性，在六库站基本水尺断面上游1米处（左岸沉沙池外堰上）浇灌安装可调导轨式槽钢（非磁性），将SL500KHz安装在导轨式槽钢上，可根据水位情况上下升降1.50m。见图1。采用固定式ADCP可以解决在线和实时流量监测，SL500KHz测得水平测层平均流速和水位，辅以流速仪率定，建立水平测层平均流速和断面平均流速，再辅以人工输入大断面值，从而得到实时瞬时断面流量，通过数采器和V—GGS将数据直接传送到办公室电脑，实现远程实时测量和监控。

5.ADCP配置及结构

5.1ADCP配置

ADCP配置有数据采集器、太阳能供电系统、传输网络数据中心、远程采集及后处理软件（V-GGS中心采集服务器程序、虚拟端口程序NXN、数采器CR800、后处理软件TTceliu、LoggerNet数据采集程序）。

5.2系统结构

系统结构用图表示，见图2。

图2.系统结构图

6.ADCP在六库站使用情况

6.1ADCP使用情况

由于SL500KHz安置在水下，主要受水的流速大小、含沙量及漂浮物的影响，为了检查远程采集及后处理软件适用情况还考虑了雷的影响。具体情况见表1。

表14—9月遥测流量系统使用情况表

从上表可以看出，在漂浮物多、含沙量大，雷雨天气，太阳能短暂充电不正常的情况下，ADCP使用情况正常。ADCP使用至今，无线系统出现最多的故障是太阳能板充不进去电，都是由于接触不良等原因造成。

6.2无线系统软件存在问题

无线系统软件从安装起至今，后处理软件出现一组数据重复两次出现，持续了2个小时，后又自行恢复正常。采集系统(LoggerNet)使用至今没出现故障。随着使用时间的推移，采集到的数据越来越多，拓泰转存的时间也越来越长，如果电脑不是一直开着的话，每次采集数据时需要等待的时间会越来越长。所以后处理软件及拓泰转存软件有待改进。经常发生太阳能板充不进去电的情况，主要是各个部件接口处接得不牢固。

7.对比分析

7.1水位

SL500利用超声波垂直波束直接测量水位，并与测速同步，每10分钟显示一个平均水位，站上现有正式投产的WFX-40型浮子式细井水位计。用观测得8时水位数据进行比较(由于4至5月属于仪器试用调试期，所以只用6至9月水位进行比较)，分析得出，相对误差绝对值最大-0.04m,最小误差为0m，平均误差为0.00m，随着水位越高，误差有增大的趋势。

根据以上数据和运行规律，结合SL500的安装位置、大断面的资料分析，出现水位误差增大的原因是水面波浪与仪器精度造成。

7.2平均流速

由于ADCP每隔10分钟取一次数据，所以用SL25-3A型流速仪实测得平均流速与用相同时段计算得平均流速来对比分析。用4月至9月流量成果点绘关系图，见图3所示。

对30次流量比测数据进行流速线性回归分析，见图3，回归方程为V（流速仪）=1.1084V2(SL)-0.5971，相关系数0.992。说明相关关系比较好。

通过对4-9月26次对比测量得流速资料分析计算，最大误差为4.35%，最小误差为0%。

图3流速仪平均流速与SL500平均流速关系图

对30次流量比测数据进行流速线性回归分析，见图3，回归方程为V（流速仪）=1.1084V2(SL)-0.5971，相关系数0.992。说明相关关系比较好。

通过对4-9月26次对比测量得流速资料分析计算，最大误差为4.35%，最小误差为0%。系统误差为0.1%，随机不确定度5.2%，三种检验合格，依照一类精度站的规范要求，系统误差在-1%-1%之间，随机不确定度应不超过8%，进行精度分析，满足规范《GB50179-93》规定。具体见表2所示。

表2流速仪平均流速与率定后SL500平均流速误差表

7.3流量

成果率定以后，可选择“函数计算法”，将得到率定后的回归方程式中的相关参数输入对应栏，系统自动将指标流速换算为断面平均流速，从而推得断面流量。所以只要率定平均流速就可以把结果输入后处理程序，相应的率定后的流量就会自动计算并显示出来，所以这里不再率定流量值。

8.结论

该仪器要求使用人员必须会自行检查判断及处理一般运行时发生的故障，因为太阳能板充不进去电等故障是会经常发生的，至少每天要检查一次，以免蓄电池内电压不够影响数据记录。还有后处理软件及拓泰转存软件有待升级，关于这项工作广州拓泰环境监测技术有限公司技术人员正在进行中，技术人员承诺只要一做好，就更新软件。结合对水位流速等因素分析，可以看出固定式ADCP（SL500）适用于六库站测流断面，该仪器测得的数据经过流速率定后可以直接用于社会各项生产及资料整编。

该仪器使用后将会改变流量采集的历史，可以解决在线和实时流量监测，通过数采器和V—GGS将数据直接传送到办公室电脑，实现远程实时测量和监控。使用该仪器后能随时为怒江州防汛抗旱提供准确的实时流量数据，不必再用水位查水位流量关系表或实测才能知道流量。

参考文献：

[1]水文资料整编水利电力出版社

[2]无线系统软件安装说明手册广州拓泰环境监测技术有限公司

[3]水文资料整编规范（SL247-2011）