第6期(總第337期)
吉林水利2023年6月
[收稿日期]2009-04-27
[作者簡介]王憲寶(1982-)，男，山東鄆城人，助理工程師，主要從事水文勘測與水文分析計算工作。
[文章編號]1009-2846(2010)06-0081-03
走航式adcp 與流速儀法流量測驗對比分析
王憲寶1
，柳豔鋒
2(1.伊犁水文水資源勘測局，新疆伊寧 835000;2.通化縣水利水電勘測設計隊，吉林通化 134100)
[摘要] 本文通過某水文測驗斷面的比測實驗資料，並按水文行業流量測驗與規範進行分析，闡述adcp 在河流流量測驗中的可行性，並提出一些經驗性建議，供業內人士相互交流。規定流速儀法的流量進行相關分析，來確定折算係數以備今後的流量測驗工作中使用，同時利用其隨測隨得的優點，挖掘出使用adcp 來獲取大斷面的方法，開拓了使用領域，使adcp 的在水文行業的實際工作中得到了廣泛的好評。[關鍵詞] adcp ；流速儀法；流量；大斷面
[中圖分類號] p 335
[文獻標識碼] c
走航式adcp 是目前流量測驗中最為先進的儀器，它與傳統的流速儀法相比具有很多優點，因而，在國內水文行業已逐步得到推廣，由於使
用時間較短，在使用中還存在一些經驗不足的缺憾，測量的精度有待於多次比測試驗，在積累較多的經驗後，根據adcp 的技術要求，不斷的探索、發展以求更加全面的掌握adcp 使用技巧，配合測驗規範使其應用到水文流量測驗工作中去。
1 adcp
的工作原理
圖1 部分面積計算劃分
adcp 是一種利用聲學都卜勒原理測驗水流
速度剖面的儀器。通過配備的四個換能器發射某
一固定頻率的聲波，然後聆聽被水體中顆粒物散射回來的聲波。得到水體中顆粒物的運動速度，即為水體流速,adcp 通過跟蹤顆粒物的運動(稱為水跟蹤 )所測驗的流速是水流相對於adcp 的速度，在水跟蹤測驗的相對速度扣除走航式adcp 的速度(移動速度)後即得到
水流的絕對速度。
圖2 走航式a dcp 流量測驗示意圖
傳統的流速儀法是在測驗斷面上根據實際情況固定的均勻布設測速垂線，在每個斷面內測驗垂線上進行一點或多點流速，通常使用一點法(0 6)進行流量測驗，相對測點較為固定，再對部分面積進行流量計算，最後加和的測驗斷面
的流量，部分計算斷面劃分見圖1。而走航式adcp 最多能將單條測深垂線分為128個測驗單元，將測驗斷面劃分的很細，在從河道的一岸運
81動到另一岸的過程中,採用gps 確定其位置,利用聲學都卜勒原理測得不同水深處的水體流速,進而積分計算得到斷面的流量,其流量測驗示意圖見圖2。
2 比測斷面概況
由於伊犁河流域山溪性河流較多,本次測驗
選擇在河流出山口處的控制水文斷面進行,屬二類精度站。根據走航式adcp 的特點,結合水文測流纜道的特性,為便於比較,借用水文測流纜道勻速拖拽走航式adcp 進行流量測驗。選擇的測驗河段較順直,上游600m 處有一彎道,下游也有一彎道,河床由卵石,礫石組成,斷面衝淤變化不大,較穩定,比降不大,水流恆定的單一斷面。
兩岸較陡,中高水時河槽寬度約為60m,兩岸生長著較密的灌木,該斷面根據水深情況共布設有10~25條等間距的測速垂線。
為減少紊流、水面波浪及河床推移質等水流環境引起的誤差,選擇在汛後,河流平穩、恆定的情況下進行比測試驗。
3流量比測分析
圖3 adcp 與流速儀測驗流量相關關係圖
首先,用現流量測驗規範的方法,在水文測驗斷面根據事先布設好的流量測速垂線借助水文纜道,採用常用的流速儀一點法(0 6)進行流
量測驗,作為已知真值以便和adcp 的測驗值進行比較;然後在水位無變化的情況下借用水文纜道,運用雙測回的方式,並根據規範規定剔除單次測驗超出 5%儀器測驗誤差的測回流量,剔除後追加測回,取其平均值作為乙個樣本。比測實驗提取了不同水位情況下33份同步流量測驗資料,點繪相關關係圖(見圖3),相關關係達0 9867,率定出走航式adcp 與流速儀法(真值)之間的折算係數為1 0007。參照單次流量
測驗允許誤差,依照規範二類精度的站,高水控制在6%,中水控制在7%,低水控制在10%的範圍內。該比測的系統誤差為-1 36%,在-2%~1%範圍內,允許誤差指標應滿足gb50179-93的規定,誤差符合測驗精度的要求,其折算係數可以作為選用斷面處adcp 進行流量測驗時使用。
4 大斷面的獲取
在借助測流纜道進行拖拽的方式使adcp 從左岸運動到右岸,使得adcp 運動軌跡盡可能的保持與河岸垂直,並與水文纜道測流斷面平行且十分接近,可以認為在走航式adcp 測流時,其航行軌跡與測流斷面重合,走航式adcp 流速航跡詳見圖4
。圖4 走航式a dcp 流速航跡合成圖
由於adcp 在測流的同時能夠測出水面到每個測驗單元的距離,利用專用軟體得流速大小等值圖直接反應出每個子斷面與測驗單元的情況,其外部的輪廓線即為與水跟蹤運動速度相對保持靜止的河底,能直觀的將該次測回的大斷面圖在流速大小等值圖上反映出來,詳見圖5,
在用滑鼠指向該輪廓線時,可直接顯示水深、流速,將水深資料提取出來即得走航式adcp 的大
斷面圖。
圖5 走航式a dcp 流速大小等值圖
圖6為水文測驗纜道的實測大斷面圖,與走 82
航式adcp 流速大小等值圖相比較其河底有輕微的鋸齒現象,而由水文測驗纜道獲得大斷面較為平滑,這是由於受測速垂線布設密度的限制,無法全部獲取河床的真實面貌。而走航式adcp 其子斷面十分密集,對河床的分辨度也提高很多,可以採取適當摘錄的方式用拐點對大斷面進行控制,避免冗長的測點資料。同時可以發現,走航式adcp 河岸兩端的水體未與河岸相連線,這是由於adcp 從左岸向右岸運動時其起點和終點受儀器限制無法與水邊重合,在實際使用中應根據河床條件而定,當岸邊為寬淺式河床,且水深達不到adcp 的測驗要求時,應改用人工測量的方法實測,反之,當岸邊為陡岸或坡度較大時,一般水深能夠滿足adcp 的測驗要求,採用儀器設定的數學模型測量的河床邊界能溝滿足規範的精度要求,
在實際測量中應靈活掌握。
圖6 水文測驗纜道實測大斷面圖
5 結語
通過走航式adcp 在不同斷面與流速儀法的
比測可知,影響adcp 測量精度的因素很多,但測流斷面的選擇十分重要,盡量選擇河道順直、含沙量小、無紊流的河斷進行流量測驗,最小水深應滿足儀器的技術要求,在測流中,應盡量避開漂浮物的影響。為進一步提高測驗精度,可增加走航式adcp 的測回,取其平均值來降低紊流、水面波浪及河床推移質等水流環境引起的誤差。走航式adcp 的測量精度較高,且能夠**測流,將在水文自動測報和其他領域中得到廣泛應用,是水文行業在科技的支撐下不斷的向前發展,逐步實現現代化的測流方式。
adcp 用於流量測驗是未來的趨勢,目前, 聲學都卜勒流量測驗規範 (sl337-2006)已經實施,我們在使用前要做好各項比測試驗工作,找出適合本河流測驗的方案,將理論上的研究與實際應用相結合,才能使adcp 的應用技術不斷發展,找到傳統與現代測驗方法的銜接點,為adcp 作為流量測驗基本手段鋪平道路,並促進adcp 應用範圍的拓展。
參考文獻:
[1]田淳,劉少華. 聲學都卜勒測流原理及其應用 .黃河水
利出版社,
2003.
[2]長江水利委員會水文局.
走航式聲學都卜勒流速剖面儀
河流流量測驗技術指南 .2005.[3] 河流流量測驗規範 gb 50179-93.
[4] 水文基礎設施建設及技術裝備標準 sl276-2002.[5] 聲學都卜勒流量測驗規範 sl337-2006.[6] 水文勘測工 .黃河水利出版社,2003.
(上接第80頁)
4)通過暴雨及洪水分類,使複雜和隨機的暴雨、洪水過程具有一定的規律可循,提高了洪
水分析預報和防洪排程的準確性和靈活性,為分類洪水預報研究提供了可靠的基本資料。
5)四棵樹河流域夏季局地強對流型暴雨洪水防洪區域應界定在天山北坡低山丘陵及洪積沖積平原區,重點在山前洪積扇地帶。為徹底**水害,確保沿河防洪安全,建議盡快啟動四棵樹河防洪規劃,並付諸實施。
6)建議以四棵樹河吉勒德水文站為依託,建設防洪區自動測報和預警系統,提高抵禦洪水的能力,真正將防洪減災落到實處。
參考文獻:
[1]新疆維吾爾自治區氣象局、中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象
研究所.新疆氣象手冊[m ].北京:氣象出版社,2006:90-96.
[2]新疆維吾爾自治區地方志編纂委員會、 新疆通志.水利
志編纂委員會.新疆通志.水利志[m ].新疆:新疆人民出版社,
2006:101-110.
[3]萬金泰,張建國,苗燕.新疆天山北坡中段河流冰凌洪水
特徵分析[j].冰川凍土,2007,
29(5):
819-823.
[4]秦大河,陳振林,羅勇等.氣候變化科學的最新認知
[j].氣候變化研究進展,2007,3(2):63-73.
[5]丁一匯.氣候變暖-我們面臨的災害和問題[j].中國減
災,2003(2):19-25.
[6]楊濤,楊蓮梅.新疆強對流暴雨的氣候特徵和概率分布模
式研究[j].災害學,2003,
18(1):47-52. 83
幹部「走崗式」管理實施辦法
大煤 2012 87號 關於印發 安陽大眾煤業有限責任公司 幹部 走崗式 管理實施辦法 的通知 公司各單位 現將 安陽大眾煤業有限責任公司幹部 走崗式 管理實施辦法 印發給你們，請認真貫徹執行。附件 安陽大眾煤業有限責任公司幹部 走崗式 管理實施辦法 二 一二年三月二十七日 主題詞 能源煤炭走崗式 ...
走班式分層教學活動質性研究
摘要 採用質性研究方法對走班式分層教學進行了 在對案列校深度訪談後發現改教學模式是優化單一班級授課制的有利途徑，利於促進每位學生得到發展，但就其實施需要多方面條件統籌。本研究對實踐具有較好的指導意義，但結果的推廣性還略顯不足，需過後續研究進行彌補。關鍵詞 走班式分層教學 廈門 中學 班級 學生 一 ...
考研數學一公式總結及複習 清航傾力
高等代數中三角函式的指數表示 由泰勒級數易得 sinx e ix e ix 2i cosx e ix e ix 2 tanx e ix e ix ie ix ie ix 泰勒展開有無窮級數，e z exp z 1 z 1！z 2 2！z 3 3！z 4 4！z n n！此時三角函式定義域已推廣至整個...