國產(chǎn)H-ADCP在感潮河段在線測報(bào)中的應(yīng)用研究

黃 健， 黃士穩(wěn) ，邵加健， 敖 謙

（浙江省水文管理中心，浙江 杭州 310009）

1 問題的提出

隨著國產(chǎn)H-ADCP日益成熟，對國產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證顯得十分必要。為此水利部水文司牽頭組織了“新技術(shù)在水文測報(bào)中的研發(fā)推廣”項(xiàng)目工作，浙江省水文管理中心在之江水文站安裝國產(chǎn)定點(diǎn)式H-ADCP測流設(shè)備進(jìn)行在線測流試驗(yàn)，使用走航式ADCP與國產(chǎn)定點(diǎn)式H-ADCP進(jìn)行點(diǎn)與點(diǎn)的流速比測，對國產(chǎn)H-ADCP與原有安裝的進(jìn)口H-ADCP設(shè)備在線流速數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，以此驗(yàn)證國產(chǎn)設(shè)備的性能及穩(wěn)定性，并進(jìn)行偏差分析。

2 儀器設(shè)備安裝與設(shè)置

2.1 設(shè)備的工作原理

本次安裝在之江水文站進(jìn)行示范試驗(yàn)的儀器為LS-HD600型國產(chǎn)H-ADCP測流儀，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 國產(chǎn)H-ADCP主要技術(shù)指標(biāo)表

國產(chǎn)H-ADCP采用聲學(xué)多普勒頻移原理測量流速[1]。將H-ADCP 探頭安裝在水面下固定水深處，使探頭上的2個(gè)聲學(xué)傳感器位于同一平面上，2個(gè)聲學(xué)傳感器成一定角度向?qū)Π栋l(fā)射，測得儀器所安裝位置的水流流速，通過測驗(yàn)斷面主流流速，建立穩(wěn)定的層流速與斷面平均流速的關(guān)系。另外利用水位計(jì)測得水位數(shù)據(jù)，由水位—過水面積關(guān)系表得到過水面積，再用流速—面積法實(shí)時(shí)計(jì)算得到斷面流量[2-5]。

2.2 儀器安裝斷面情況

原有進(jìn)口SL500型H-ADCP安裝在之江水文站聞堰水位臺，水深滿足H-ADCP工作要求，江面開闊，可測到錢塘江右岸河道主流流速，安裝運(yùn)行至今測驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。在進(jìn)口SL500型設(shè)備安裝位置下游安裝國產(chǎn)H-ADCP，安裝支架及安裝方式與進(jìn)口SL500型H-ADCP相同。國產(chǎn)H-ADCP測流儀工作頻率為600 kHz，與原有進(jìn)口SL500型H-ADCP的頻率（500 kHz）不會發(fā)生干擾。

之江水文站所處斷面江面寬度達(dá)1 000 m，受聲波在水介質(zhì)中傳播距離的影響， H-ADCP測流儀無法測量全斷面的流速。因此，本次試驗(yàn)比測的是國產(chǎn)H-ADCP與進(jìn)口SL500型H-ADCP之間流速數(shù)據(jù)趨勢的一致性和穩(wěn)定性，以及國產(chǎn)H-ADCP與走航式ADCP所測點(diǎn)流速之間的比測及分析。

2.3 設(shè)備安裝及參數(shù)設(shè)置

將H-ADCP儀器固定于不銹鋼滑軌支架上，再將滑軌式支架固定在水泥墩上，儀器安裝牢固，防護(hù)措施到位，安裝簡單且易于維護(hù)。

H-ADCP測流儀的主要參數(shù)設(shè)置如下：

代表流速的采樣單元（距離）：10~ 80 m（與進(jìn)口SL500型H-ADCP相同）；

分層剖面模式的參數(shù)設(shè)定：盲區(qū)：1 m； 層數(shù)：20層； 層寬：4 m 。

2.4 設(shè)備供電與數(shù)據(jù)傳輸

儀器設(shè)備采用太陽能及電池供電，測流數(shù)據(jù)通過RTU直接無線上傳至（試驗(yàn)測試）流量數(shù)據(jù)平臺，供查詢分析。測流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 測流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 比測試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

將流速測驗(yàn)結(jié)果與進(jìn)口SL500型H-ADCP和走航式 ADCP 實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較，分析其測速的準(zhǔn)確性和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 點(diǎn)流速比測

選取一段漲落潮時(shí)段（流速在快速變化時(shí)段），用走航式ADCP沿國產(chǎn)H-ADCP的測驗(yàn)斷面進(jìn)行定點(diǎn)比測，以國產(chǎn)H-ADCP 安裝位置為起點(diǎn)，在距起點(diǎn)10，20，30，40，50，60 m位置測得流速（點(diǎn)流速），再從H-ADCP測流系統(tǒng)的流量平臺軟件提取相同時(shí)間點(diǎn)相應(yīng)位置的分層流速數(shù)據(jù)，將兩者進(jìn)行數(shù)據(jù)比較（見圖2）。從圖2可見2條曲線吻合度較好，一致性好。

圖2 國產(chǎn)H-ADCP與走航式ADCP流速過程線圖

3.3 代表流速過程合理性比測

國 產(chǎn)H-ADCP與 進(jìn) 口SL500型H-ADCP安裝地點(diǎn)相同，測驗(yàn)斷面相同，選取2020年10月25—27日時(shí)段內(nèi)各自測得的流速過程進(jìn)行比較，比較其數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和趨勢一致性，流速過程線見圖3。從圖3中可看出，國產(chǎn)H-ADCP 和 進(jìn)口SL500型H-ADCP流速過程變化趨勢基本一致，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，但國產(chǎn)H-ADCP的整體流速數(shù)據(jù)偏小。

圖3 國產(chǎn)H-ADCP與進(jìn)口SL500型H-ADCP流速過程線圖

導(dǎo)致國產(chǎn)H-ADCP整體流速數(shù)據(jù)偏小的原因主要有工作頻率的差異、代表流速的取值范圍距離差異、安裝位置差異等因素。

4 結(jié) 語

國產(chǎn)H-ADCP與走航式ADCP的分層流速數(shù)據(jù)比測驗(yàn)證，結(jié)果基本一致；國產(chǎn)H-ADCP與進(jìn)口SL500型H-ADCP的數(shù)據(jù)過程曲線比對，數(shù)據(jù)趨勢基本一致，穩(wěn)定性好，相對偏差小于10%。初步判定國產(chǎn)H-ADCP設(shè)備測量準(zhǔn)確度能滿足目前水文在線測報(bào)的要求[6]。

通過比測試驗(yàn)驗(yàn)證，國產(chǎn)H-ADCP在錢塘江感潮河段的適用性較好，為今后國產(chǎn)設(shè)備在水文測驗(yàn)中進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供一定的基礎(chǔ)。建議繼續(xù)擴(kuò)大國產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用范圍，并進(jìn)行更多不同應(yīng)用場景的比測試驗(yàn)，進(jìn)一步提升設(shè)備的適用性。