黑河大水水文站走航式ADCP流量測驗比測分析

晁小路 馬良成

摘 要： 大水水文站為黃河一級支流黑河控制站。為了提高測驗精度，2017年7年-2018年10月在大水水文站進行走航式ADCP比測分析，通過對流量、面積、流速的比測分析，得出走航式ADCP在大水站適用。

關(guān)鍵詞： 大水水文站;走航式ADCP;流量測驗

【中圖分類號】TV123 ? ? 【文獻標(biāo)識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.35.273

1 測站概況

黑河大水水文站位于甘肅省瑪曲縣大水牧場，為黃河一級支流黑河控制站。東經(jīng)102°16′04.7″、北緯33°59′ 33.5″，距河口31km，集水面積7421km2。測驗河段基本順直，順直段約300m，U型河槽，基上1km和基下1.2km均有彎道，中、高水時下游彎道起控制作用?；緮嗝嫦掠渭s31km為入黃口，上游200m處有支流大水溝加入，為溫泉，冬季斷面不結(jié)冰。

2 比測儀器設(shè)備情況

本次使用的瑞譜ADCP，配備Hemisphere V102 GPS 羅經(jīng)（V102 GPS Compass）一體機，由美國德立達（Teledyne）集團TRDI公司生產(chǎn)的新一代智能流量測驗系統(tǒng)——“瑞譜”型ADCP。此次使用便攜式遙控電動船是一款適用于中小河流使用的 ADCP 載體，其船體采用高強度柔性 PE 材料，全速行駛撞擊巖石不破裂。整體防水密封，內(nèi)部填充泡沫，永不沉沒，ADCP 外置安裝，裝卸 ADCP 和充電時無需打開船體。其次電機動力強，旋槳防止漂浮物纏繞、不怕礁石碰撞的動力裝置，并保障了船體的操控自如及平穩(wěn)的姿態(tài)。

3 比測方法

每次比測走航式ADCP使用遙控船，采用橫渡法施測2個測回斷面流量（在流速儀法測流前、后各往返1個來回或在流速儀法測流時間的中間時段施測2個測回），其算術(shù)平均值作為走航式ADCP測得的流量值，每半個測回測得的流量值不大于2個測回算術(shù)平均值的±5%。ADCP測得算術(shù)平均值與流速儀常測法測得的流量相比較，相對誤差不超過±5%;比測隨機不確定度不應(yīng)超過6%，比測條件較差的不應(yīng)超過7%;系統(tǒng)誤差不應(yīng)超過±1%，條件較差的不應(yīng)超過±2%。

3.1 參數(shù)設(shè)置

在施測過程中該站的走航式ADCP主要參數(shù)設(shè)置如下：

ADCP探能器入水深度使用電動遙控船時采用0.13m、使用三體船時采用0.08m;岸邊系數(shù)斜坡采用0.7、陡岸采用0.8;水深修正一致使用River Depth Source中的Composite（VB）;冪函數(shù)指數(shù)使用流量測量質(zhì)量控制和管理軟件 Q-View推薦值;聲速采用固定聲速1430m/s。

4 比測資料分析

本次比測試驗從2017年7月至2018年10月，共測得33組比測試驗數(shù)據(jù)。測得水位變幅范圍為398.94m～402.85m;實測流量變幅范圍為9.29m3/s～405m3/s。比測數(shù)據(jù)，

備注：Q0為流速儀實測流量值，Q1為ADCP實測流量值;

進行綜合分析得出：33次比測試驗相對誤差均在±5%范圍內(nèi)，合格率為100%;系統(tǒng)誤差為+0.11%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.79%，不確定度為5.58%，符合《河流流量測驗規(guī)范》中4.1.2.3條比測隨機不確定不應(yīng)超過6%，系統(tǒng)誤差不應(yīng)超過±1%的規(guī)定。

4.1 流量相關(guān)關(guān)系分析

以流速儀實測流量值為縱坐標(biāo)，以ADCP實測流量值為橫坐標(biāo)，建立Q0～Q1相關(guān)關(guān)系（見圖1）。從圖1可以看出，兩者相關(guān)關(guān)系很好，相關(guān)系數(shù)為0.9988，具有很高的擬合度，其相關(guān)公式為Q0 = 1.0095Q1-0.4792。

5 結(jié)論

黑河大水水文站測驗河段順直，水面比降較小，洪水過程漲落緩慢，含沙量較小，流速小。測驗設(shè)施比較落后，沒有測流纜道，目前測流方式為橡皮船流速儀法測流。走航式ADCP具有測驗歷時短、操作簡單、性能穩(wěn)定，可以提高流量測驗的工作效率，大大減輕了職工的勞動強度。

經(jīng)綜合性分析，走航式ADCP完全可在黑河大水水文站水位變幅為398.94m～402.85m、流量變幅為9.29m3/s～405m3/s范圍內(nèi)投產(chǎn)使用，作為黑河大水水文站流量測驗的常用手段。

參考文獻

[1] 《河流流量測驗規(guī)范》（GB 50179-2015）.

[2] 《聲學(xué)多普勒流量測驗規(guī)范》 （SL 337-2006）.

[3] 周建康，《實用水文統(tǒng)計》 中國水利水電出版社 2007.