運(yùn)河水文站H-ADCP與ADCP測流關(guān)系初步分析

周沛勇

摘要:聲學(xué)多普勒流速儀 (H- ADCP) 在應(yīng)用過程中必須要解決一些特定的技術(shù)問題。ADCP 的引進(jìn)和應(yīng)用, 是整個(gè)水利系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的發(fā)展趨勢之一。通過分析研究H-ADCP與ADCP測流關(guān)系，可為建立適用社會主義市場經(jīng)濟(jì)要求的供水體系提供信息、計(jì)量及管理支持。充分發(fā)揮南水北調(diào)東線江蘇段工程系統(tǒng)的作用，使其成為經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重要支持。

關(guān)鍵詞: H- ADCP; 測流; 技術(shù); 分析

Abstract: acoustic doppler velocity apparatus (H-ADCP) in the application process must solve some specific technical problems. The introduction of ADCP and application, is the whole water conservancy system modernization process one of the development trend of. Through the analysis and research H-ADCP ADCP how relationship, can apply for establishing a socialist market economy requirements of the water supply system to provide information, measurement and management support. Give full play to the "south jiangsu section engineering system effect, make it a sustainable economic and social development of the important support.

Keywords: H-ADCP; How; Technology; analysis

中圖分類號：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

0 前言

ADCP 是當(dāng)前在我國逐漸興起的一種新型測流儀器, 具有操作方便、快速高效、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。通過ADCP所測流量與流速儀法所測流量比較，兩種測量方法所測流量的數(shù)值接近和過程吻合。 H-ADCP更為簡便, 易于操作, 而且可以在線實(shí)時(shí)監(jiān)測河流斷面的流速流量過程。所以ADCP所測流量可以代替流速儀法所測流量，對于水文的現(xiàn)代化和信息化而言, 意義重大, 也是整個(gè)水利系統(tǒng)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的發(fā)展趨勢之一。

1 測驗(yàn)方法

從徐海路橋到隴海鐵路橋間近1400m,河道順直，斷面無變化，由于H-ADCP儀器測流斷面在水文站基下30m流速儀測流斷面上游150m，H-ADCP儀器測流斷面形狀和面積與基下30m流速儀測流斷面的形狀和面積通過測量基本上沒有變化，兩斷面間無支流及外水匯入，通過兩斷面流量可視為相等，利用測流纜道栓掛走航式ADCP儀器在基下30m流速儀測流斷面進(jìn)行流量測驗(yàn)，所測的流量代表H-ADCP斷面流量。

2 測驗(yàn)成果

2.1水準(zhǔn)測量

從國家水準(zhǔn)點(diǎn)引測，按三等水準(zhǔn)的要求進(jìn)行往返測量，往返高差不符值控制在12 mm，水準(zhǔn)高程取其往返測量平均值，基面采用廢黃河口高程。水尺零點(diǎn)高程采用四等水準(zhǔn)測量，往返高差不符值控制在4 mm（n為往返平均儀器站數(shù)）。

2.2大斷面測量

大斷面岸上部分按照國家四等水準(zhǔn)測量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，高差不符值控制在30 mm，水下部分按照不低于《水文普通測量規(guī)范》（SL58-93）大斷面的最少測深垂線數(shù)目要求，采用測深桿連續(xù)測深兩次，取其平均值推求斷面各點(diǎn)河底高程。

2.3誤差計(jì)算

2.3.1 ADCP與H-ADCP兩種儀器流量計(jì)算對照表，見表一

表一 ADCP流量與H-ADCP流量計(jì)算對照表

2.3.2相關(guān)分析：

兩種測驗(yàn)手段流量相關(guān)計(jì)算見表二

表二兩種測驗(yàn)儀器流量相關(guān)計(jì)算

由表二得知：n=19

Sxx= - ( ) =1814889.85-(3868.7)2/19=1027161.445

Syy= - ( ) =1425913.73-(3337.5)2/19=839655.5063

Sxy= - ( )( )=1606021.35-3868.7*3337.5/19=926453.6526

b1=Sxy/Sxx=926453.6526/1027161.445=0.902

b0=y-b1x＝176-0.902*204＝-7.999

所配y倚x的回歸方程為：y=0.902*x-7.999

X與y樣本協(xié)方差Mxy=1/n*Sxy=1/19*926453.6526=48760.7186

X樣本的均方差Sx=(Sxx/n)1/2=(1027161.445/19)1/2=232.5105

y樣本的均方差Sy=(Syy/n)1/2=(839655.5063/19)1/2=210.2199

相關(guān)系數(shù):

r=Sxy/(Sxx*Syy) 1/2=926453.6526/(1027161.445*839655.5063) 1/2=0.998

取顯著性水平α＝0.05。自由度ν＝n-2=19-2=17查相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)表得rα/2＝0.451r>> rα/2 所以y與x線性關(guān)系顯著，回歸曲線的均方誤：△＝±Sy ＝±210.2199 ＝±13.3m3/s,通過對資料相關(guān)計(jì)算可知，相關(guān)系數(shù)r＝0.998，相關(guān)關(guān)系很好，可以用回歸方程計(jì)算H-ADCP流量對ADCP的流量（斷面實(shí)測流量）

點(diǎn)繪ADCP流量與H-ADCP流量相關(guān)曲線圖，見圖一，回歸曲線均方誤為±13.3m3/s，作兩條虛線，可以發(fā)現(xiàn)19個(gè)點(diǎn)中有15個(gè)點(diǎn)落在兩條虛線之內(nèi)，合格率達(dá)78.9％。

3 相關(guān)曲線檢驗(yàn)

對相關(guān)線進(jìn)行三種檢驗(yàn)，參數(shù)計(jì)算見表三及檢驗(yàn)成果

表三相關(guān)曲線檢驗(yàn)參數(shù)計(jì)算表

n=19 ∑Pi=11.290.59 ∑Pi2=7835.3S=20.86

∑(Pi- )2=7828.6

3.1 符號檢驗(yàn)

測點(diǎn)偏離曲線的正號個(gè)數(shù)K＝7.5（負(fù)號11.5個(gè)）測點(diǎn)總數(shù)n=19

統(tǒng)計(jì)量μ＝ ＝ =0.69

顯著性水平α取用0.25，查編印規(guī)范表（2.5.2-1）

查得相應(yīng)臨界值μ1-α/2＝1.15因?yàn)棣蹋鸡?-α/2, 所以定線合理。

3.2適線檢驗(yàn)：

由參數(shù)計(jì)算表三統(tǒng)計(jì)可知，符號變換次數(shù)K=10而 k>0.5(n-1)=0.5*(19-1)=8 此線免做此項(xiàng)檢驗(yàn),所以定線合理。

3.3偏離數(shù)值檢驗(yàn)

由表三可知S=20.86

所以S = = 4.78 t= = =0.12

顯著性水平α取用0.20，查表得t1-α/2=1.334

因?yàn)?t＜t1-α/2 所以定線合理

3.3ADCP流量與H-ADCP流量關(guān)系測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算：

Se=［ ］ = = =21.47

3.4成果評定

通過三種檢驗(yàn)，相關(guān)線定線合理，測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)差為Se=21.47%，隨機(jī)不確定度,隨機(jī)不確定度偏大是由于小流量河道行船影響造成的，系統(tǒng)誤差;通過以上參數(shù)及誤差得分析計(jì)算，可以看出，H-ADCP儀器可以作為一種流量實(shí)時(shí)監(jiān)測的長期駐守或巡測斷面的流量監(jiān)測手段;尤其是在不通航的河流上使用效果更佳。

4結(jié)論

4.1率定成果在流量小于700m3/s的情況下，可以使用本率定成果

4.2存在問題：

⑴所依據(jù)的分析資料系列短。

⑵流量資料還沒有能夠超出以前實(shí)測最大流量值。

⑶河流小流量的監(jiān)測受河道通航行船的影響很大，大流量較小。

⑷纜道運(yùn)行速度慢，河道行船多，對走航式ADCP運(yùn)行帶來很大威脅。

4.3建議

⑴限于以上問題，建議在河道行船少甚至沒有的情況下進(jìn)行率定。

⑵限于資料系列短，流量最大值不足的情況，以后還應(yīng)繼續(xù)對較大洪水特別是特大洪水進(jìn)行比測率定，以便更精確地找出兩種測驗(yàn)方法流量間得關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

《水文普通測量規(guī)范》（SL 58-93）

《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ 138-90）

《河流流量測驗(yàn)規(guī)范》（GB 50179-93）

《聲學(xué)多普勒流量測驗(yàn)規(guī)范》（SL 337-2006）

《水文巡測規(guī)范》（SL 195-97）

《水文纜道測驗(yàn)規(guī)范》（SD 121-84）

《水文資料整編規(guī)范》（SL 247-1999）

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。