adcp在河道流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用及誤差分析

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1、廣西水利水電GUANGXIWATERRESOURCES&HYDROPOWERENGINEERING2013(6)·水文水能·ADCP在河道流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用及誤差分析羅惠先(梧州市水文水資源局，廣西梧州543002)[摘要】介紹了聲學(xué)多普勒剖面儀(ADCP)流量測(cè)驗(yàn)原理、計(jì)算方法。對(duì)ADCP與傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方法在梧州站的比測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行分析，在中、低水流量相關(guān)關(guān)系較好，中、高水相關(guān)性較差，流量越大相對(duì)誤差越大。探討了ADCP流量測(cè)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因，并對(duì)其誤差提出了相應(yīng)的解決對(duì)策。[關(guān)健詞】ADCP；流量測(cè)驗(yàn)；誤差分析；梧

2、州水文站【中圖分類號(hào)】P332【文獻(xiàn)標(biāo)志碼]B【文章編號(hào)]1003一l51O(2013)06—0049—040．5m，為保證信號(hào)不受船底的干擾，儀器入水深度lADCP與流速儀法在梧州站的比測(cè)設(shè)置為0．75m，深度單元視水深不同在l一2m之間，1．1斷面情況深度單元個(gè)數(shù)一般設(shè)置為24個(gè)，盲區(qū)1m，訊號(hào)平均梧州站測(cè)驗(yàn)斷面水面寬在600—700m之間，最間隔5s。大水深45m，最大斷面含沙量4．0kg／m。上游2500Il1．3ADCP與流速儀比測(cè)為支流桂江(左岸)和干流潯江的匯合口，當(dāng)以支流比測(cè)時(shí)，為了減小流量測(cè)驗(yàn)

3、的不確定性，常規(guī)桂江來水為主時(shí)中泓偏左，以干流潯江來水為主時(shí)流速儀測(cè)流前先施測(cè)一個(gè)ADCP測(cè)回，常規(guī)流速儀中泓偏右。河段中泓區(qū)域從上游500in至測(cè)驗(yàn)斷面測(cè)流結(jié)束后再施測(cè)一個(gè)ADCP測(cè)回，且兩個(gè)測(cè)回即的縱剖面河床逐漸抬升，高程從上游約一30Ill到下4次測(cè)驗(yàn)的任一次與平均值之差不能大于5％，取4游一12m逐漸變高，上游140ITI為云龍大橋，斷面的次測(cè)驗(yàn)的流量平均值作為每次測(cè)流的實(shí)測(cè)值n。如流態(tài)受河床的變化以及大橋的影響較大。斷面的在測(cè)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)異常情況，比如信號(hào)不正常、避河床由泥沙組成，近年來受斷面上、下

4、游人工挖沙讓過往船只等，馬上重測(cè)。常規(guī)流速儀流量測(cè)驗(yàn)采以及上游長(zhǎng)洲水利樞紐的施工影響，斷面中泓附近用9—12條測(cè)速垂線，垂線流速采用2點(diǎn)或3點(diǎn)法，測(cè)淤積較為嚴(yán)重。點(diǎn)歷時(shí)不小于100S。1．2ADCP的安裝及參數(shù)設(shè)置ADCP與流速儀比測(cè)共收集了200個(gè)樣本，其ADCP在梧州站從2006年開始投入使用，聲波中2006年67次，2007年45次，2008年88次。用全頻率為500kHz，有3個(gè)換能器，換能器與ADCP中部200個(gè)流量比測(cè)樣本建立相關(guān)關(guān)系(見圖1)，表1軸線成25。角。儀器安裝在鐵質(zhì)測(cè)船駕駛艙中線偏為綜

5、合3年以及各年ADCP流量與流速儀流量關(guān)系右側(cè)的專用測(cè)井內(nèi)，測(cè)井直徑0．4m，測(cè)船吃水深約誤差分析統(tǒng)計(jì)表。表1ADCP流量與流速儀流量關(guān)系誤差分析統(tǒng)計(jì)表％【收稿日期】2013-07-05【作者簡(jiǎn)介】羅惠先(1969一)，男，廣西賀州人，梧州市水文水資源局工程師，主要從事水文水資源勘測(cè)及資料分析工作。49羅惠先：ADCP在河道流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用及誤差分析差而得。測(cè)船的速度由底跟蹤求得，即通過流量船與河底的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由ADCP內(nèi)部羅經(jīng)測(cè)算出測(cè)船的速度矢量。河底穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)，用底跟蹤方式測(cè)定船速是可行的。當(dāng)河底泥沙在高流

6、速時(shí)隨水流遷移形成“動(dòng)底”時(shí)，ADCP所測(cè)得的測(cè)船航行速度偏大，因而所測(cè)得的水層流速將小于實(shí)際流速，流向也將產(chǎn)生偏差，ADCP所測(cè)流量將小于實(shí)際流量。當(dāng)流速越大河底床沙運(yùn)動(dòng)速度也越大，所測(cè)流速小ql_(m3／S)圖12006—2008年。adc口一0關(guān)系圖于實(shí)際流速的誤差也就越大，因此隨著流量的增大ADCP與流速儀的相對(duì)誤差也隨之增大。上游干支從圖1、表1中可以看出：流不同來水、來沙對(duì)斷面的流態(tài)、“動(dòng)底”造成不同隨著流量增大，兩種儀器所測(cè)流量的相對(duì)誤差的影響，造成ADCP流量的誤差也各不相同。[(Q．．op-Q

7、流速儀)／p流速儀]隨之增大；(3)非實(shí)測(cè)區(qū)的表層和底層的流速推算誤差。流量越大關(guān)系點(diǎn)子越散亂，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差隨著流ADCP的表層和底層的平均流速是用指數(shù)流速剖面量級(jí)增大而增大，綜合3年的流量大于20000m／s法推算的。在明渠均勻流情況下流速垂向分布可時(shí)，關(guān)系點(diǎn)子散亂，3種檢驗(yàn)不能通過，且標(biāo)準(zhǔn)差為以用指數(shù)函數(shù)曲線表示，而天然河流一般是非均勻7．66％，大于4％的規(guī)范要求；流，梧州站測(cè)驗(yàn)斷面所處河段的環(huán)境使得流態(tài)極不在同一流量級(jí)不同年份相對(duì)誤差都不相同，穩(wěn)定，中高水位時(shí)在中泓區(qū)域出現(xiàn)較大范圍的紊ADCP流量小于10

8、000m／s時(shí)，2008年的相對(duì)誤差流，垂向流速分布也不穩(wěn)定，比測(cè)時(shí)用流速儀法測(cè)較小僅為一1．25％，2007年次之為一2．11％，2006年最流有近一半的垂線流速上部大于下部，從ADCP測(cè)大為一4．47％；ADCP流量大于20000m／s時(shí)，2008年驗(yàn)數(shù)據(jù)中也可看出同樣的情況。由于上、下盲區(qū)深相對(duì)誤差最大，2006年最小。度較大，上部換能器入水深度達(dá)到0．75m，底層盲區(qū)深度達(dá)到垂