走航式ADCP在水文站中应用

走航式ADCP在水文站中的应用

摘要:走航式adcp是当前水文行业极力推广的一项新型流量测验仪器，具有测量精度好、成果可靠以及工作效率高等优点。本文以水文站流量测验为例，介绍了走航式adcp在流量测验中的应用，对误差情况进行了分析，阐述了测验的具体实施方案，可供参考。

关键词:走航式adcp；比测；误差分析；流量测验

中图分类号：p331文献标识码： a 文章编号：

adcp是声学多普勒流速剖面仪的简称，在20世纪80年代由美国发明，后经不断完善与发展，已是一种先进的高科技流量测验设备。该设备具有操作方便、采集数据量大、快速高效、稳定可靠等优点，现已成为我国水文测验的常用仪器之一。adcp按测流方式可以分为走航式adcp和水平式adcp两种类型，为了加快推进adcp

的推广应用，本文就结合实例，探讨了走航式adcp在水文站中的应用。

1 水文站基本概况

1.1 测验河段

某水文站位于北江流域内，流量测验河段3000m呈直线，河段右岸是丘陵地带，左岸边坡平缓，总体上两岸地质条件简单。

1.2 水文断面

该水文站测验水面宽度在630m和780m不等，年水位变幅为16.6m。河床左段平缓，右岸陡峭系基岩。断面图见图1。

图1 水文站水文断面图

2 比测仪器设备

2.1 硬件设备配置

(1)ls25-3a型流速仪，经检测中心检定和本站试验前比测准用。

(2)hy1600测深仪，经检测中心鉴定合格，每次水深测量前均施测水温，并进行声速校正和水深比测。

(3)走航式adcp，采用美国rdi公司骏马系列

(whm-300-i-ug83914)产品，安装在水文127轮测船左测，仪器探头入水深0.70m。仪器安装牢固、纵轴垂直、呈自然悬垂状态，仪器探头上的方向标识箭头与船体纵轴线基本平行。

(4)星站sf_2050gps，具有实时差分功能，通过当地三参数改正，满足精度要求。gps天线安装在adcp探头上方。

(5)型号为thales3011的gps罗经，测前进行了自动校正。

2.2 软件设备

adcp比测中winriver软件记录坐标、范围、流速流向、回声强度、方向、姿态、水温、好信号数百分比；保证测船航速＜2.5m/s；gps动态定位精度优于±0.75m；gps数据更新率0.5s。

3 比测内容和方法

3.1 流量比测

adcp横渡法与流速仪法比测试验，按照“走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南”和sl337-20o6( 10m 水深级施测, 以测深仪水深值为标准, 与常规测法作比较分析。共获得实测水深资料93份, 其中h≤10m水深级资料25份,h>10m水深级资料68份。

3.3 垂线定点流速比测

在流速仪断面上, 测速垂线位置锚定测船同步施测流速作比较, 常规流速法采用两点法, 时间历时不少于100s, 而adcp在常规流

速仪施测开始和结束时各采集1次数据(一般每次采1～ 3组数据), 取2次平均值作比较。共获得定点流速资料90 份, 其中0.00～

1.00m /s(包括1100m /s)流速级资料32份, 1.00～

2.00m/s(包括

2.00m/s)流速级资料43份, 2.00m / s流速级资料15份。为了确

定adcp测速精度, 一共收集了90个样本。根据adcp软件采用指

示方程来模拟测速垂线的流速分布, 计算分析成果如表1所示。

表1 垂线定点流速比测精度统计(二点法) (修正前)

从上表可知, adcp实测精度较高。再根据已定修正方法对实测

流速成果进行修正, 计算分析成果如表2所示。

表2 垂线定点流速比测精度统计(二点法) (修正后)

经过修正, 实测流速测验精度有较大的提高, 表明使用改正系

数法对adcp实测流速进行修正有较好的效果。

3.4 河床床面泥沙运动试验

河床床面泥沙运动试验，位置选用水文站测流断面垂线起点距310、550、700m。在进行流速仪测验时同时记录adcp测量数据，

每条垂线单独记录一个文件。在比较定点流速的同时计算船只的速度和方向来判断河床床面泥沙运动。

4 误差分析

4.1 流量比测分析

共比测了54次，水位变化范围为40.16～51.56m，流量比测范围在6070～40900m3/s。以流速仪法施测流量为真值，将adcp横渡法流量与其比较。经统计分析结果如下：

adcp在底跟踪方式下流量与实测流量比较系统偏差为-1.61％，相对标准差为2.11％，95％置信水平的总随机不确定度为4.22％；

adcp在gga跟踪方式下流量与实测流量比较系统偏差为

-1.51％，相对标准差为1.79％，95％置信水平的总随机不确定度为3.76％；

adcp在底跟踪方式下流量与相应流量比较系统偏差为-1.77％，相对标准差为2.40％，95％置信水平的总随机不确定度为4.80％；

adcp在gga跟踪方式下流量与相应流量比较系统偏差为

-1.68％，相对标准差为2.21％；95％置信水平的总随机不确定度为4.64％。

4.2 定点流速比测

共进行了6次adcp定点垂线流速比测。用adcp施测数据，通过概化垂线流速分布，计算各条垂线的水深、2点法流速流向，并与同步测深仪施测水深和流速仪施测流速进行比较。比测结果表明，各垂线定点比测水深相差不大。定点比测流速中，测点流速的相对误差最大为-17.2％，最小为0。各垂线平均流速相对误差分别为-1.15％、-1.71％、-0.22％、0.49％、-1.88％、-3.22％、-0.73％、-2.22％、-3.76％、-4.52％，与adcp横渡法概化垂线分析的结果一致。