走航式ADCP在黑龍江干流中游的應(yīng)用

周艷軍，王志超，邱天堯，張立剛

（松遼委水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江 同江 156400）

走航式ADCP在黑龍江干流中游的應(yīng)用

周艷軍，王志超，邱天堯，張立剛

（松遼委水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江 同江 156400）

本文以太平溝水文站為例，在面臨2013年罕見的大洪水期間，不但完成了建站以來的第一次流量測驗，同時也利用走航式ADCP應(yīng)急測驗，完成了大洪水期間的測驗過程，數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。2014年又與M9進(jìn)行對比分析，二者差異性很小，符合測驗要求。

走航式；ADCP；太平溝；黑龍江干流

1　概述

太平溝水文站是中國在黑龍江干流松花江口以上設(shè)立的控制性水文站，在鶴崗市蘿北縣太平溝鄉(xiāng)興東村，對黑龍江防洪減災(zāi)和水資源管理具有十分重要作用。2013年入汛以來，黑龍江河流水位持續(xù)上漲，多地均超過了警戒水位，甚至超過保證水位，給人們的生產(chǎn)生活帶來了很大的影響，多地村莊、城市被淹沒。汛期前暫無流量資料，太平溝水文站經(jīng)過多次測量，得到了高水位下不同水位級的流量資料。經(jīng)分析，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。第一時間為黑龍江中下游的防洪抗險提供了可靠的寶貴的流量數(shù)據(jù)，為防汛部門的防汛決策提供了有力的保障。2014年又將ADCP與M9進(jìn)行對比分析試驗，比較二者測驗結(jié)果差異性。

ADCP是聲學(xué)多普勒流速剖面儀的英文簡稱。它是由美國RDI公司于20世紀(jì)80年代研制出來的新儀器，ADP（M9）是美國YSI公司的子公司SonTek公司生產(chǎn)的，兩種儀器的測流原理大致相同，近10年，在我國水文測驗中得到了廣泛應(yīng)用，其與傳統(tǒng)流速儀的比測分析結(jié)果已證實ADCP可以適應(yīng)現(xiàn)代的水文測驗，本文利用ADCP與M9對比分析兩種儀器的精確度和穩(wěn)定性。

2　測驗過程分析

1）ADCP儀器參數(shù)設(shè)置及測驗過程。

用BBTalk軟件檢測及喚醒ADCP，設(shè)定好端口和波特率，該儀器可以使用有線或無線方式測驗，通過檢測后打開WinRiverII測驗軟件，打開“新測量”，設(shè)置各項參數(shù)，檢測ADCP，通過后設(shè)置換能器入水深度，岸邊系數(shù)等。儀器可以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的好壞，流速垂直航跡方向，且船速盡量不大于水流速的2倍，否則容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)壞掉，產(chǎn)生丟底現(xiàn)象。

2）實驗結(jié)果分析。

部分實驗流量資料與具體分析數(shù)據(jù)見表1。

表1　實驗數(shù)據(jù)表

流量測驗結(jié)果的變差系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)差/平均值，都小于5%，符合測驗要求。對水位流量關(guān)系進(jìn)行三性檢驗、實測點對關(guān)系線的標(biāo)準(zhǔn)差、隨機(jī)不確定度等均符合一類精度水文站的精度要求。

3　ADCP與M9（ADP）儀器的對比分析

1）M9儀器簡介

M9（ADP）是美國SonTek水文儀器公司生產(chǎn)的走航式測驗儀器。該儀器配備了9個波束系統(tǒng)，包括2組、每組4個測量流速剖面的波束（每組的工作頻率不同）和1個測量水深的垂直波束。M9的流速測量范圍為30m，而最大的流量測量范圍則可達(dá)到80m（當(dāng)采用GPS系統(tǒng)測量船速和垂直波束測量水深時）。操作簡單，2014年在東北地區(qū)特別是黑龍江地區(qū)的大洪水期間的流量應(yīng)急測驗中發(fā)揮了重要作用。

2）比測方法誤差分析

經(jīng)過以上分析，ADCP本身的穩(wěn)定性很好，精確度很高，但為了證明其準(zhǔn)確度，把ADCP與M9（ADP）進(jìn)行比測分析。把ADCP與M9分掛在小船的兩側(cè)，進(jìn)行同水位同時間測驗，沿斷面走航兩個往返為一個單次測量過程，比較流量之間的關(guān)系。表2為兩種儀器的對比實驗數(shù)據(jù)。

圖1ADCP與M9測得流量與流速關(guān)系圖

表2　兩種儀器實驗對比數(shù)據(jù)表

從表2可以看出，ADCP和M9的單次測驗精度都符合聲學(xué)多普勒流量測驗方法要求，單次測驗2種儀器變差系數(shù)也均小于5%，符合規(guī)范要求。

3）回歸分析

用ADCP與M9測驗所得的流量和流速分別建立回歸方程，線性關(guān)系很好，如圖1所示。

4　結(jié)語

聲學(xué)多普勒流速剖面儀在我國已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，以上通過對ADCP與M9儀器的對比分析，ADCP和M9儀器本身性能穩(wěn)定，可以滿足測驗要求，測驗精度高，準(zhǔn)確性好，而且測驗時間短，垂線數(shù)量多，測驗成本低，很好地完成了黑龍江干流中游段暢流期的走航式流量測驗工作。為當(dāng)?shù)馗鞑块T及黑龍江干流中游段防汛、抗洪搶險工作提供了技術(shù)支持。

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2015-04-17