郎溪水文站流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)率定分析

殷紅婷

(安徽省蕪湖水文水資源局,安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

科技的快速發(fā)展促進(jìn)了水利智能化建設(shè)速度,提高了水利樞紐、設(shè)施的監(jiān)督管理效率,降低了人員的工作強(qiáng)度,對(duì)水利行業(yè)快速發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用[1-3]。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)水利工程的運(yùn)行調(diào)度影響較大,當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況差距較大時(shí),可能誤導(dǎo)人員判斷,從而降低水利工程的使用效率,甚至造成災(zāi)害等嚴(yán)重后果。因此,保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際情況的符合性是非常必要的。

流量作為重要的水文參數(shù),是流域防洪調(diào)度等不可缺少的數(shù)據(jù)資源。在線流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在較多工程中得到應(yīng)用,取得良好的效果,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的率定是非常重要的工作[4-6]。本文結(jié)合郎溪水文站實(shí)際情況,對(duì)在線流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)率定進(jìn)行初步分析。

1 測(cè)站基本情況

郎溪水文站位于安徽省宣城市郎溪縣東門埂,設(shè)立于1951年。設(shè)立初為水位站,2009年升級(jí)為水文站,與郎溪(山腳底)共同控制集水面積2 209km2。郎溪水文站是郎川河入南漪湖控制站,國家基本水文站、二類精度站。測(cè)驗(yàn)河段順直長度約300m,左岸為南豐圩堤防,右岸為城市防洪墻,斷面控制良好。斷面處為單式河床,河床由泥沙和壤土組成, 較穩(wěn)定。上游80m處有一彎道,下游約200m處為宣郎公路橋,下游16km為南漪湖。站以上流域洪水主要由暴雨形成,暴雨多發(fā)生在4-9月份,主要為梅雨鋒型和臺(tái)風(fēng)雨型,其中又以6-7月份出現(xiàn)面積廣、強(qiáng)度大的梅雨型暴雨機(jī)會(huì)最多。洪水期南漪湖水位較高時(shí),易受其頂托影響,洪水持續(xù)時(shí)間較長。

2 流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)情況

郎溪水文站流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2023年1月完成安裝調(diào)試,該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成3層架構(gòu),主要有信息采集層、數(shù)據(jù)處理層、信息應(yīng)用層組成。見圖1。

圖1 流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)拓?fù)鋱D

郎溪站采用2臺(tái)聲學(xué)多普勒流量剖面儀(ADCP),型號(hào)為LK-P2000的測(cè)流探頭。郎溪站兩條測(cè)速垂線分別位于起點(diǎn)距65、95m處,見圖2。

圖2 流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備斷面布置圖

選定探頭具體位置后,采用水下打樁方式固定,確保流速傳感器在水下長期保持固定,不因?yàn)樗骰蚱∥飳?dǎo)致設(shè)備角度發(fā)生偏移。

3 率定分析

在線流量的比測(cè)分析是一項(xiàng)系統(tǒng)性工作,從設(shè)備安裝調(diào)試完成后開始到在線流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真正應(yīng)用到生產(chǎn)有一個(gè)漫長的過程。郎溪水文站在線流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在2023年1月完成安裝調(diào)試,開始進(jìn)入?yún)?shù)率定階段,過程中反復(fù)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,以期達(dá)到更好的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。目前,已完成參數(shù)率定分析的工作。下面通過資料分析,確定該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否可以正式投入生產(chǎn)應(yīng)用,見圖3。

圖3 比測(cè)率定分析流程圖

3.1 率定分析方法

根據(jù)《聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》(T/CHES 61-2021)第6.4條規(guī)定,采用郎溪水文站實(shí)測(cè)流量成果中的平均流速與各測(cè)次測(cè)流時(shí)段內(nèi)在線流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的流速平均值進(jìn)行率定分析,通過兩種流速值,建立關(guān)系曲線并進(jìn)行誤差分析,按照《水文資料整編規(guī)范》(SL 247-2020)中第5.3.2款規(guī)定的精度進(jìn)行成果評(píng)定。當(dāng)全部測(cè)次不能滿足相關(guān)精度要求時(shí),縮小參與率定分析的實(shí)測(cè)流速區(qū)間范圍,再進(jìn)行分析。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)指標(biāo)流速為起點(diǎn)距30和75m處的垂線流速的算術(shù)平均值,即V在線=(V30+V75)/2。

3.2 率定分析數(shù)據(jù)情況

郎溪在線測(cè)流系統(tǒng)自2023年1月運(yùn)行至今,完成比測(cè)流量測(cè)驗(yàn)34次。目前,通過水文站實(shí)測(cè)整編成果與該測(cè)流時(shí)段內(nèi)在線流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行比測(cè)分析,對(duì)該流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行率定。

3.3 率定分析

3.3.1 流速分布情況

見圖4、圖5。

圖4 起點(diǎn)距65m處流速垂線分布

圖5 起點(diǎn)距95m處流速垂線分布

3.3.2 代表流速與斷面平均流速關(guān)系定線計(jì)算表

參與率定測(cè)次代表流速與斷面平均流速關(guān)系定線計(jì)算的數(shù)據(jù)見表1;部分?jǐn)?shù)據(jù)未參與計(jì)算,見表2。未參與率定的主要原因是流速小、往返閉合性差、無濾波流速數(shù)據(jù)等。

表1 參與率定測(cè)次情況

表2 未參與率定測(cè)次情況

3.3.3 實(shí)測(cè)與在線代表流速關(guān)系線圖

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與在線代表流速的關(guān)系曲線見圖6。由圖6可知,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與在線代表流速之間具有較強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系。

圖6 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與在線代表流速的關(guān)系曲線

3.3.4 關(guān)系線檢驗(yàn)

關(guān)系線檢驗(yàn)結(jié)果見表3。根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果分析可知,符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)均通過檢驗(yàn)。

表3 關(guān)系線檢驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論及建議

1)根據(jù)率定分析結(jié)果,實(shí)測(cè)斷面平均流速V與在線流速Vcp之間的相關(guān)關(guān)系為V=0.727*Vcp。

2)經(jīng)過檢驗(yàn)分析,符號(hào)檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn)、隨機(jī)不確定度均可通過檢驗(yàn),系統(tǒng)誤差約為0.06%。

3)建議下一步將上述相關(guān)關(guān)系內(nèi)置到流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,開始進(jìn)行正式的比測(cè)分析工作。