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1、文章编号 : 1007 - 7596 ( 2008 ) 05 - 0003 - 02应用声学多普勒流速仪在水文流量测验工作中的比测研究闯 1 ,王茜 2 ,熊伟 1李( 11大兴安岭水文局 ,黑龙江 加格达奇 165000; 21佳木斯水文局 ,黑龙江 佳木斯 154002 )摘 要 :为提高大兴安岭地区的水文测报能力 ,在大兴安岭地区的 5 处水文站进行了汛期流量的比测研究。比测研究采用了 son tek公司生产的 112MH z河猫 M IN I - AD P进行实测 ,并与常规机械式旋浆式流速仪的实测资料进行比对。比测研究的目的是 通过声学多普勒测流技术与标准的机械式流速仪测量技术进行对
2、比 ,验证声学多普勒剖面流速仪流量测验的精度 ,推广应 用声学多普勒测流技术在超标准洪水期及正常汛期的使用方法。关键词 :声学多普勒流速仪 ;水文流量测验 ;比测试验 ;成果比较中图分类号 : P332文献标识码 : A近年来 , AD P作为新型仪器越来越多的应用于江河的水文流量测验工作中 。利用 AD P在江河开展流量测验 ,可极大 地缩短测流历时 ,提高测验精度 ; 用于水文巡测 ,可以解决巡 测线路上多站的流量测验 ,减少了单站的设备投入和日常维 护 ;特别是在复杂水流条件下的流量测验 , 可以解决以往传 统水文测验难以解决的难题 (如 : 桥上测流、水库溢洪道测 流 、流向不稳定非恒
3、定流条件下的流量测验等 ) ,使得流量测 验工作取得新突破 。但是 AD P在测验方法与精度控制上与常规测验有一定 的误差 ,因此进行必要的 AD P测流与常规测验设备测流对比 观测 ,结合声学多普勒测流规范 标准 ,开展 AD P技术针对 性的应用研究 ,对 AD P测验的技术经验积累 ,具有十分重要 的意义 。1 仪器设备及参数的选定111 常规测流设备常规测流设备选用 L S25 - 1 流速仪进行测流 。测流方 式主要为缆道 、船测 、桥测 ,均采用精测法测流 。112 声学多普勒流速仪选用 son tek公司生产的 112MH z河猫 M IN I - AD P 进行 测流 ,主要技
4、术参数的选定均严格按照 SL337 - 2006声学多 普勒流量测验规范 要求进行 。为保证对比观测数据的准确真实 , 均选用无测流盲区 、红蓝绿三波束信号好的 AD P测回数据 ;而流速仪测流也严格 按照测验规范要求 , 根据各站不同水深和断面情况 , 采用精 测法进行测流 。流量比测主要水文要素情况统计见表 1。表 1 流量比测主要水文要素情况统计表观测时间天气及风力涨落洪情况水面起伏度测验方式AD P稳浪方式流速仪测速历时AD P测回测站水位级加格达奇晴3级风 多云5级风 晴2级风 晴5级风 阴4级风 阴5级风 阴2级风2006109107低平水小缆道船体注水2100 s固其故20071
5、09115低平水小船测悬挂铅鱼2100 s加格达奇2007107110中平水小缆道船体注水2100 s固其故200616119中落水较大船测船体注水4100 s新林2006106114高涨水大船测船体注水2100 s塔河2006106119高落水大船测船体注水8100 s呼玛桥2006106126高落水小桥测船体注水2100 s3 比测成果AD P和流速仪实测流量的成果见表 2。311 流量成果比较为保证对比观测的精度 , 常规流量测验均采用精测法 , 而 AD P走航式流量测验均符合 SL 337 - 2006 规范的各项技 术要求 。经过对其中符合比测资料分析的 7 组数据的研究 , AD
6、 P数据均略小于并接近转子式流速仪的实测流量数据 。而AD P实测的流量略小于流速仪实测的流量 ,主要是因为 AD P 的流速和流向是完全垂直于断面线的 ,转子式流速仪测得的 垂线平均流速不一定完全垂直于断面 。按现行测验规范 ,流 向偏角不超过 10 ,可不做偏角改正 。因此 ,没有经过流向偏 角改正的流速会大于或等于实际的流速 。2 比测试验2006年以来 ,大兴安岭水文局分别在加格达奇 、新林 、固 其故 、塔河 、呼玛 5 处水文站分不同水位级及水流涨落情况 进行了 11次 AD P与转子式流速仪实测流量对比观测 。每站 均先完成流速仪实测流量 ,然后进行 2个测回的 AD P实测流
7、量工作 。收稿日期 2008 - 01 - 28作者简介 李闯 ( 1978 - ) ,男 ,黑龙江汤原人 ,工程师 ;王茜 ( 1979 - ) ,女 ,黑龙江佳木斯人 ,助理工程师 ;熊伟 ( 1973 - ) ,男 ,2008年 第 5期(第 36卷 )黑 龙 江 水 利 科 技H e ilongjiang Sc ience and Techno logy of W a te r Con se rvancyNo1512008( Toda l No136)312 误差分析经过对 AD P与流速仪的误差分析计算 ,总体来看 ,其中7组的比测资料相关性较好 ,相对标准差一般在 4 %以内 ,而
8、 且对 7组比测数据做误差回归分析 , 也呈很好的线形分布 。而另 4组比测资料受波浪 、流速、水质等因素影响 ,相对误差 远大于允许误差范围 , 无法做系统误差分析 , 给予舍弃 。误差分析统计见图 1、表 3。Q i = (Q i - Q c i ) /Q ci 100%Q i =相对误差2 1 / 2S e = ( 1 /N - 2 ) (QC - QO ) /QO ) 式中 : S e为相对标准差 ; N 为测次总数 ; QC 为单次 AD P 实测流量 ; QO 为单次流速仪实测流量。经计算 , 标准差 S e 为 1198% 。随机不确定度 XQ =3196% 。相对误差均值 (系
9、统误差 )Q = - 1145%计算后的标准差与系统误差均符合 SL337 - 2006声学多普勒流量测验规范 61213 要求 。表 3 流速仪与 AD P流量实测对比分析表表 2AD P和流速仪实测流量成果表AD P 走航式 流量测 验数据是否符合 测验规范要求AD P 船体是 否采用 稳浪流速仪流量测 验数据/m3s - 1相对误差/ %观测时间组号测站水位水位级流速仪实测AD P实测相对误差均值(系统 误差 ) Q流量相对误差Q c相对标准差S e随机不确定度X = 2S e/m3s - 1 方法断面流量Q 0断面流量Q c测站日期日期加格达奇200710911597131低31153
10、112无- 0195是1加格达奇固其 故加格 达奇固其 故新林200610910731152000161213112- 0195- 1145119831962固其故200610910799146低51125019无- 0159是加格达奇200710911551122000161155019- 01593200710711097198中59125911无- 0117是船体注水 满仓船体 注水 满仓船体 注水 满仓 并负5KG重量船体 注水20071071105912199917135911- 01174固其故20061611910019中424415- 2112是2006161194241999
11、1717415- 2112新林200610611499129高- 1144是54864792006106114486199918124479- 1144塔河2006106119401199918121392- 2124呼玛桥2006106126199917116- 21607697496塔河200610611997185高401392- 2124是4 经验适合在测桥下游人工拖拽 AD P测流 ,流量数据与常规 桥测设备所测的流量数据满足系统误差要求 ,符合水文工作 要求 ,一旦桥测设备出现故障 , 可作为备用方案测流 。 适 合缆道悬挂测流 ,一旦缆道信号器出现故障 , 可作为备用方 案测流
12、。为解决 AD P受波浪起伏度的影响 ,尤其在中高水 测流过程中 ,不但需要对 AD P承载船体注满水 ,还要加铅鱼 等配重来保证船体的稳定 ,这样才能够保证 AD P在施测过程 中避免测流盲区的出现 。否则受波浪起伏度影响 , 水质浑 浊 ,将导致测流成功率低 ,误差大 。 经过分析对比 ,发现当 河道波浪起伏度较大和水质较混浊时 ,对比误差较大 。如固 其故和塔河高水期间所对比施测的流量 , 虽然尽可能的对 AD P承载船体进行了配重 ,但仍有很多比测资料超出允许误 差范围 。son tek公司生产的 M IN I - AD P 系列的承载船体 注排水十分费事 。在使用过程中 , 排空船体
13、的水就需要近1m in的时间 ,需对注排水设施进行改进 。5 结语通过多次 AD P与流速仪的比测应用试验 , 研究成果表 明 ,在成功的比测资料范围内 ,最大相对误差为 - 216% , 系 统误差为 - 1145% ,随机不确定度为 3196 % , 达到了国家一 类水文站的测量精度要求 。AD P作为一种先进的测流仪器 ,不但可以胜任特大洪水 期间的应急测流手段 , 丰富流量巡测工作 , 同时也可以作为 缆道测流及桥测测流的一种备用测流方案 ,这证明了该设备 不但满足了水文现代化发展的需要 ,提高了流量测验的工作 效率 ,更极大的加强了水文快速反应机动应变能力 。 参考文献 : 1 原金勇 ,等 1应用声学多普勒流速仪进行冰情流量测验的比测 研究 J 1水文 , 2005 , 25 ( 5 ) : 43 - 471呼玛桥200610612692113高- 216是7769749船体注水3 /1仓位固其故20061611910019中- 14186否8424361船体注水 满仓9塔河200610611997185高401346- 1317否船体注水1 /2仓位塔河200610611997185高- 1617否10401334塔河200610611997185高无- 2419否11401301图 1比测误差线形回归分析图
