CM型H-ADCP在水口（二）水文站的应用
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摘 要：本文基于CM型H-ADCP在线流量测验在水口（二）水文站的应用以及分析和评价，为CM型H-ADCP在其他相似站点的推广应用提供一定的科学依据。
关键词：H-ADCP 流量 分析 评价
受水利工程和挖沙影响，该站测验河段在中低水位时水流条件复杂，水位流量关系紊乱，使得本站的水文测验整编工作面临很大的困难， 2017年11月水口（二）站安装了美国TRDI公司ChannelMaster 型600 kHz水平声学多普勒流速剖面仪（简称CM型H-ADCP）进行在线流量测验，并与常规流速仪测验进行对比分析，分析成果经广东省水文局批准并投入使用。本文基于CM型H-ADCP在水口（二）站的应用并进行率定、分析和评价，为CM型H-ADCP在其他相似站点的推广应用提供一定的科学依据。
1.水文站基本概况
水口（二）站是梅江上游五华河、琴江、宁江汇合后的区域代表站，站址为梅州市兴宁市水口镇，干流河长距离为164km，干流坡降1.19‰，集水面积6480km2，测验项目主要有水位、流量、降雨量；基本断面下游29.4 km处建有梯级水电站，该站测验河段较顺直，测流断面上游70m处是水口大桥，再上15m处是水口二桥。水口（二）站地理位置及河流水系分布见图1。
2.在线流量测量原理
2.1声学多普勒原理
TRDI CM 600 H-ADCP 主要是利用声学多普勒频移中的物理原则进行水流速度的测量。其测量水流速的原理是：若是声源与物体接受波之间存在相对运动，则声源法神的声波频率与物体所接受的声波频率存在一个差异，此则为多普勒的频移。在多普勒流速仪中，有一个公式可以对这个频移关系进行表示：
CM-600 H-ADCP 是一种收发兼容的多普勒流速仪。
2.2固定式测量原理——指标流速法
固定式测量仪器实测主要是指在水平层测量段中的标准流速，利用建立指标流速和断面平均流速之间的关系，从而测试指标流速到断面的平均流速，之后将断面平均流速与断面面积相城，就可以求得断面的瞬间流量。
3.在线流量计安装及参数设置
3.1 断面的选择
经现场察看，仪器安装断面定在断面基上70m水口（二）桥，安装高程为74.25m，仪器安装在上游的新桥桥孔处的桥墩壁上。
3.2断面的流速及流向分布分析
选取2018年9月4日在水口（二）桥断面所测的流量测次进行流速、流向分布情况分析，分析认为该断面的水流集中在桥墩2与桥墩3之间的中泓处，流向90度左右，与河道走向一致。在线H-ADCP仪器探头安装在桥墩2，可以测量到该断面主要流量部分的流速。
4.比测率定方法及依据
采用M9和流速仪在基本断面进行流量测验30次以上。
代～断关系率定方法：采用回归分析法计算断面平均流速。建立在基本断面处中的实测断面平均流速和线代表流速之间关系，求得回归方程，利用代表流速计算得出断面平均流速。
5.资料收集与整理分析
5.1率定期间水文情势
在率定期间，水口（二）站最大流量1430 m3/s，最小流量15.2 m3/ s。最高水位为78.51m，最低水位为74.26m。在6月、8月和9月分别出现了三场较大洪水。
5.2水位比测分析
主要选择不同水流时段的条件进行水位的比侧，其准确记录是根据基本断面召测水位仪进行，对在线H-ADCP水位值进行修正。
5.3率定流速关系及关系曲线检验
将M9或流速仪在基本断面测得的流量通过借用水口（二）站相应水位对应的基本断面面积转化为基本断面的平均流速；用M9或流速仪施测相应时间的代表流速和基本断面平均流速數据建立相关关系并进行检验。
5.3.1率定流速关系
率定关系共收集105份流量测次，其中1线55份实测数据及相应在线流量计数据， 2线50份实测数据及相应在线流量计数据，断面平均流速V平均与在线代表流速VSL两者相关关系见图2。
由图2可知，1线代表流速与断面平均流速的相关关系式为：
y=
-0.0183x2+ 0.5845x+ 0.0115
其中数据复相关系数R2=0.9989
2线代表流速与断面平均流速的相关关系式为：
y=0.0348 x2 +0.9511x+0.0235
其中数据复相关系数R2=0.9977
式中：
x—代表流速，m/s；
y—断面平均流速，m/s；
5.3.2关系曲线检验
在上述的断面平均流速以及表面流速使用三线检测的方法分析，其嵩县精准度主要参照《水文资料整编规范》（SL247-2012）的规定指标，若是分析结果符合规定标准，则顶线正确，可以进行后续工作。
5.4流量精度分析
对参与率定测次的流量进行对比分析，结果为：1线流速相对误差≤7%的点为80%，相对误差≤10%的点数100%。2线流速相对误差≤7%的点为86%，相对误差≤10%的点数100%；认为代表流速和断面平均流速的率定关系可靠，可以应用在水口（二）站中低水日常的流量测验工作中。
6.结论
（1）在线流量计属于高技术含量的侧流速仪器，其优点是日程运行成本较低、实时、快捷、准确，在不同的水流中适应性较好。而在线测流系统中应用，能够将测流实验中的各项难题有效解决，为水文预报以及测验工作提供了更加便捷的方法。
（2）分析认为：断面平均流速和代表流速具有较好的相关关系，复相关系数为0.9989和0.9977。代～断流速关系测点标准差Se=4.9%，随机误差为9.8%，系统误差为0.31%≤±1%，均已经达到规范规定的精度标准指标，且代～断流速关系三线检验均通过，率定关系可靠。
（3）对于现有率定的关系线，每年仍需均匀分布代表流速采集不少于10测次实测流量成果进行验证。一旦发现因测站测验河段水文特性变化引起代～断流速率定关系不再适用时，立即加强测验修正率定关系。
参考文献：
[1]孙正熙.H-ADCP在高州水文站的应用[J].珠江水运，2019（02）：85-86.
[2]曾广建.蕉坑（二）水文站安装H-ADCP可行性分析[J].甘肃水利水电技术，2017，53（12）： 4-6.
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