凤梧水文站H-ADCP流量比测分析探讨

凤梧水文站H-ADCP流量比测分析探讨

杜玉丹

(百色水文中心田东水文中心站，广西 百色 531500）

[摘  要] 本文通过对凤梧水文站2017年至2023年间的数据进行分析，探讨了水平式ADCP(H-ADCP)在流量比测方面的应用。研究结果显示，H-ADCP能够提供准确的流速和流量数据，为水文站的流量监测提供了有力支持。文中还详细介绍了凤梧水文站的地理位置、水文特点以及H-ADCP的引进安装调试情况，并讨论了比测率定的方法和过程。

[关键词] H-ADCP；流量比测；指标流速；分析；探讨

1测站概况

凤梧水文站位于中国广西百色市平果市凤梧镇仕仁村的平治河右岸，是珠江流域西江水系平治河的重要控制站，属于红水河一级支流。该水文站的集水面积为963平方千米，干流河长80.6千米。其上游建有中型水库达洪江水库，以及黎明、坡雷、那沙、六力等4座小型水库。 

2 水文特征

该站测验河断较顺直，但受到上下游水工程的影响下的水位流量关系较复杂，部分点子散乱，出现了多条临时线，在低水位213.50米以下，受下游1千米处拦河石坝回水顶托的影响，水位流量关系曲线出现反曲。同时，断面下游50米处受单拱公路大桥的桥墩阻水产生回水顶托，对其中高水位流量关系亦有一定的影响，体现在水位215.6米时水位流量关系呈现绳套曲线。

3 水平式ADCP引进安装调试情况

3.1仪器设备基本情况

凤梧水文站使用的水平式ADCP流速仪型号为CM600，工作频率为600KHz。它可以测量的流速最大范围为±20m/s，测速精度为±0.2cm/s或±5%。在水平方向上，它可以测量的最大距离为90m。此外，这种仪器有三种常用的应用模式，即自容式、在线式和遥测式，日常运行中三种模式同时工作。各项技术参数指标可满足凤梧水文站的测验需求。

2.3 仪器安装调试

凤梧站H-ADCP安装在右岸与测流断面基本重合，河道顺直，长度约为200m。定点位于起点距约23.0 m，仪器安装高程为209.94 m。理论测量的范围在起点距17.0～52.4m之间，率定流速指标单元 5～15（选取流态相对较好区间），涵盖了断面中泓部分(26.0m～42.0m)断面。H-ADCP流速测验范围基本能控制到断面主流，仪器安装位置与流速仪测流断面无其他水流加入，仪器安装合理。

4 比测率定方案

4.1 H-ADCP安装断面情况

在凤梧水文站，H-ADCP流速仪安装在右岸与测流断面基本重合，位于起点距约23m处的右岸码头上。仪器安装高程为209.94m，数据信号电缆管网及穿引埋设于地下至机房。测量范围起点距为23至55m之间，涵盖了25至42m的主流区域。这保证了H-ADCP流速测验范围覆盖了断面主要流向，符合技术要求。

4.2 比测率定方法

凤梧水文站采用自记式水位和缆道自动控制系统进行流速面积法施测流量。在与H-ADCP同步比测时，在水位212.00m以下采用1点法，水位212.00m以上采用2点法。通过建立施测断面平均流速V与H-ADCP施测流量的关系，推求得到指标流速，实现了实时监测流量的目的。

4.3 率定工作情况

2017年进行了77次流量比测，水位在210.66m至215.86m之间。2023年出现近十年最低水位210.20m。现基于2017年及2021-2023年低水位的8组率定点据，重新分析比测数据，涵盖210.24m至215.86m的水位范围和0.024至1.53m/s的流速范围，特别关注210.24m至210.66m的低水位区间。详见表1。

表1 凤梧站水平式 ADCP指标流速 与断面平均流速关系点据表

5率定成果误差分析

5.1指标流速与断面平均流速率定分析

（1）流速关系的各种拟合方程形式

研究采用指标流速法进行水文测站流量比测，通过对凤梧站85组比测数据的分析，建立了6种不同形式的流速关系模型。其中，在水位级210.24～215.86m（指标流速范围0.024～1.53m/s）范围内的81组率定点数据中，有较好的相关系数，但有4组测点的关系不理想，未参与比测成果的检验。

（2）流速关系方程形式的选用

在流速关系方程形式的选用过程中，经比较，线性2方程其相关系数为0.99867，系统偏差为-0.3844%，随机不确定度为11.7245%，这些指标都优于其他拟合方程形式。因此，线性2方程被选为凤梧站水平式ADCP的流速公式形式。其公式为 Vm = -0.0013+0.8993Vi式中，Vm为断面平均流速，Vi为指标流速。

图 1 凤梧水文站水平式 ADCP 流速关系图（采用线性2方程）

（3）流速关系公式的确定

①采用南方资料整编软件对拟合的线性2流速公式进行检验，检验结果均合格，标准差 5.7%，系统误差-0.1%，置信水平 95%的随机不确定度11.4%，满足《水文资料整编规范》（SL247-2020）中对二类精度水文站（巡测站）的允许误差要求，检验结果详见表 2。

②初步结论：根据检验结果，凤梧站在水位范围210.24～215.86m,指标流速范围0.024～1.53m/s内,采用如下流速相关关系方程作为凤梧站水平式 ADCP 的流速关系公式：

断面平均流速 Vm = -0.0013+0.8993Vi

式中 Vm--断面平均流速（m/s）；Vi--为5～15单元的指标流速均值（m/s），拟合精度较高，相关系数r=0.99867。

5.2  指标流速推流成果的合理性分析

缆道速仪法与H-ADCP流量在线监测系统经过指标流速利用率定关系公式所计算的流量进行对比验证分析，具体分析见图2。

图2  在线ADCP流量与实测流量比较

从图2中可以看出H-ADCP流量在线监测系统所测指标流速利用率定关系公式所计算的逐时流量过程线同常规整编流量变化几乎重合，同时和水位变化过程相呼应，没有出现跳动等现象，符合水流的一般变化规律，可以确定指标流速推流成果的合理。

6 结语

针对凤梧水文站的H-ADCP比测分析和指标流速的率定、误差分析及评价认为，应用H-ADCP技术可以实现流量的实时监测。然而，由于水文情势的影响，本次比测和率定并未收集到高水位时的比测资料。因此，下一阶段的工作应尽可能收集高水比测率定资料，扩大样本容量，增强样本代表性，对现有曲线进行验证或延长，以最终满足凤梧站流量全量程H-ADCP监测工作。

参考文献

[1]SL195- 2015,水文巡测规范[S]．

[2] SL/T247- 2020,水文资料整编规范[S]．

作者简介 杜玉丹（1982-01），女，百色水文中心田东水文中心站站长(工程师)，主要从事水文监测工作。

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