H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)率定探討

劉萬(wàn)霞，孫翠新，劉宗國(guó)

（淄博市太河水庫(kù)管理局，山東淄博 255178）

H-ADCP聲學(xué)多普勒流量計(jì)率定探討

劉萬(wàn)霞，孫翠新，劉宗國(guó)

（淄博市太河水庫(kù)管理局，山東淄博 255178）

介紹了太河水庫(kù)供水自動(dòng)化工程測(cè)水量水系統(tǒng)主要儀器H-ADCP的基本原理及率定方法，為進(jìn)一步提高太河水庫(kù)測(cè)水量水的精度打下良好基礎(chǔ)。

太河水庫(kù)；測(cè)水量水；H-ADCP

供水工程自動(dòng)化監(jiān)控工程是“引太入張”供水工程的一個(gè)重要組成部分，主要由數(shù)據(jù)傳輸及通信系統(tǒng)、水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、測(cè)水量水系統(tǒng)、閘門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)構(gòu)成。自動(dòng)化監(jiān)控工程的實(shí)施，極大地保證了向張店城區(qū)供水和工程安全，特別是測(cè)水量水系統(tǒng)的實(shí)施，為合理和科學(xué)調(diào)度供水提供了大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，其中測(cè)水量水系統(tǒng)主要儀器H-ADCP的科學(xué)率定提高了計(jì)量精度，為科學(xué)、安全供水提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 H-ADCP代表流速法相關(guān)要求

1.1 指標(biāo)流速法

代表流速是河流斷面上某處的局部流速（即某一局部的實(shí)測(cè)流速），斷面平均流速可以認(rèn)為是河流斷面上的總體流速。在實(shí)際應(yīng)用中，水平平均流速可以采用H-ADCP測(cè)驗(yàn)。

1.2 H-ADCP儀器安裝要求

橫向流量測(cè)驗(yàn)時(shí)，聲學(xué)多普勒流速儀可安裝在河岸、橋墩或其他建筑物側(cè)壁上，并保證儀器處于水平狀態(tài)。儀器的安裝高度宜通過(guò)分析確定，聲學(xué)多普勒流速儀的安裝應(yīng)使其中心軸線與測(cè)流斷面平行；橫向測(cè)速頻次可根據(jù)水情變化情況、模型推流的需要確定；應(yīng)適當(dāng)安排渠道斷面的測(cè)量次數(shù)，以減少借用斷面帶來(lái)的誤差。

1.3 流量測(cè)驗(yàn)相關(guān)關(guān)系的建立

相關(guān)關(guān)系的建立應(yīng)以儀器實(shí)測(cè)流速和實(shí)測(cè)斷面平均流速為依據(jù)；斷面平均流速可用流速儀精測(cè)法；收集不同水位級(jí)的關(guān)系率定資料；各水流條件關(guān)系率定的樣本數(shù)應(yīng)大于30；定線精度指標(biāo)應(yīng)符SL247-1999要求；選取相關(guān)關(guān)系最優(yōu)的關(guān)系線推算流量；不同水情可采用不同的相關(guān)關(guān)系。

2 H-ADCP測(cè)流基本原理與方法

流量測(cè)驗(yàn)基本公式：Q=AV，斷面過(guò)水面積僅為水位的函數(shù)：A=f（H），H為水位。

2.1 過(guò)水?dāng)嗝婷娣eA的計(jì)算

過(guò)水?dāng)嗝婷娣e與水位的關(guān)系通常采用表格或經(jīng)驗(yàn)曲線來(lái)表示，在大多數(shù)情況下，水位與過(guò)水?dāng)嗝婷娣e的關(guān)系可以用二次方程來(lái)近似表示，也可以直接輸入斷面的起點(diǎn)據(jù)、高程數(shù)據(jù)（即大斷面成果表數(shù)據(jù)），程序依據(jù)實(shí)測(cè)水位數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。

A=a1+a2·H+a3·H2

式中：a1、a2、a3為回歸系數(shù)。

2.2 斷面平均流速V的計(jì)算

平均流速V的計(jì)算共有兩種線性回歸方程：一種是二元（代表流速、水位）線性回歸方程：V= b1+（b2+b3·H）Vi，Vi為流速，b1、b2、b3為回歸系數(shù)；另一種是一元（代表流速）線性回歸方程：V=b1+ b2·Vi。在進(jìn)行流速采樣（H-ADCP測(cè)量）的同時(shí)，用流速儀測(cè)出流量，由流量除以斷面面積（依據(jù)斷面面積——水位關(guān)系）得到斷面平均流速數(shù)據(jù)。同步采樣需要在不同的流量或水位情況下進(jìn)行。得到一組斷面平均流速與代表流速以及水位的數(shù)據(jù)。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析(如采用最小二乘法)，即可以得到V與Vi的關(guān)系曲線或回歸方程。

3 橫向代表流速法的率定實(shí)例

以山東省淄博市太河水庫(kù)黑旺一干渠某斷面（120.0265E、31.4910N）2011-06-14測(cè)量結(jié)果為例，率定結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 太河水庫(kù)黑旺一干渠流速儀率定比測(cè)表

表2 太河水庫(kù)黑旺一干渠站ADCP流量計(jì)標(biāo)定部分原始數(shù)據(jù)表

經(jīng)過(guò)各系列數(shù)據(jù)的回歸計(jì)算及各種數(shù)學(xué)模型的評(píng)估分析，評(píng)定結(jié)果為：V=0.0012+ 0.8948Vi。其相關(guān)系數(shù)為0.896 25，偏差系數(shù)為0.016 3%，不確定度為3.602 0%，偏差為0.000 5，標(biāo)準(zhǔn)差為0.016 0。

率定結(jié)論：率定成功。

4 問(wèn)題與建議

1）通過(guò)對(duì)黑旺一干渠測(cè)站H-ADCP率定試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，儀器安裝地點(diǎn)要具備一定水深，當(dāng)水位較低時(shí)，H-ADCP發(fā)射出的聲束可能碰到渠底或水面，對(duì)精度影響較大。

2）H-ADCP儀器的安裝位置一旦確定下來(lái)，其位置將盡量保持不變，即固定地對(duì)同一個(gè)流層或垂線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證其流量系列具有較好的一致性。

3）選擇儀器應(yīng)根據(jù)不同的渠寬選擇相應(yīng)的儀器型號(hào)和頻率，以儀器能測(cè)到斷面主流速分布區(qū)流速為原則。

4）H-ADCP儀器適用于規(guī)則斷面輸水建筑物測(cè)水量水工程，建議在大中型水庫(kù)渠道供水工程中廣泛應(yīng)用。

5）ADCP是當(dāng)前在我國(guó)逐漸興起的一種新型測(cè)流儀器，具有操作方便、快速高效、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河流斷面的流速流量過(guò)程。通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐證明：ADCP的引進(jìn)和應(yīng)用是推進(jìn)水利量測(cè)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程的必然趨勢(shì)之一。

5 結(jié)語(yǔ)

測(cè)水量水系統(tǒng)是供水工程自動(dòng)化監(jiān)控工程的重要組成部分之一，H-ADCP為測(cè)水量水系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，是供水調(diào)度、科學(xué)計(jì)量的關(guān)鍵，因此科學(xué)率定H-ADCP的計(jì)量精確度意義重大。H-ADCP實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)為總干渠各出水口、計(jì)量點(diǎn)的需水、用水、水量計(jì)算和水量調(diào)配提供了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，保證了太河水庫(kù)供水中心控制室第一時(shí)間獲取準(zhǔn)確水情信息，為太河水庫(kù)灌區(qū)供水調(diào)度提供了科學(xué)的依據(jù)和保障。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

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1009-6159（2014）-12-0013-02

2014-07-11

劉萬(wàn)霞（1975—），女，工程師