H-ADCP在线测流系统在郴州水文站的应用探讨

陈钱

摘 要： 1999年8.13洪水中该站缆道被冲毁后一直采用浮标法测流，测验精度低;2012年6月下游景观坝建成蓄水，使该站水位流量关系紊乱，采用连实测过程线法推流，全年需測流300次以上，劳动强度大。目前全省水文系统正在逐步推进市域巡测，监测方式的改革也势在必行。

关键词： 在线测流系统; 比测分析;方案

【中图分类号】 P332.4      【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）14-0243-02

1 基本情况

1.1 测站概况。郴州水文站是省级重要水文站，位于湖南省郴州市苏仙区沿江路，东经112°02′，北纬25°48′。测验项目有水位、流量、降水量、水质，属二类精度站。该站集水面积为354平方公里，断面以上干流长49.7公里，距河口26公里。基上30m处建有一座两墩三孔水泥公路桥。基下约2380m处于2004年新建成水泥公路桥一座。基下约2500m处于2012年6月开始新建四普庄钢坝，用于人工造湖，建成后蓄水将本站水位抬高约1.5m以上。上游江源水库的施工建设，对断面河床淤积有一定的影响。

1999年8.13洪水中该站跨河主索被洪水冲毁后该站一直采用浮标法测流，测验精度低;2012年6月下游景观坝建成蓄水，使该站水位流量关系紊乱，采用连实测过程线法推流，全年需测流300次以上，劳动强度大。

1.2 项目背景。下游景观坝蓄水后，将水位抬高1.5m以上，使该站水位流量关系紊乱，采用连实测流量过程线推流。在蓄水期每天都需要测流，劳动强度大。目前全省水文系统正在逐步推进市域巡测，监测方式的改革也势在必行。监测方式改革必须要减轻劳动强度，彻底解决流量测验问题，要解决这些问题必须用好新仪器设备。

2 H-ADCP简介

2.1 系统介绍。HADCP采用最新的声学多普勒剖面技术，既有超声波点流速仪的方便安装，简单使用的优点，又具有超声波点流速仪所不具备的实测流速范围的拓宽而带来的流速流量测量高精度和高准确度;提供0.001 m/s的流速测量分辨率和0.002 m/s的测流分辨率，最大流速测量可达到5 m/s。二维测流，安装容易，自带不锈钢安装底座，更加方便安装，电缆无需过河底;仪器坚固耐用，不易受生物附着影响，维护方便;外形小巧，流线型设计，有效减少扰流影响。

2.2 工作原理。郴州站在线测流系统由H-ADCP传感器、和时通数据处理与采集传输系统和和时通流量在线监测智能管理平台构成。工作原理是利用和时通流量数据采集传输系统控制HADCP传感器进行工作，定时自动采集水位、流速流量等数据信息，然后通过无线网络自动传输到中心监测站的和时通流量在线监测智能管理平台，实现了流量流速监测管理的实时化、自动化、智能化。

3 在线测流系统率定分析

3.1 率定期间水文情势及资料采用情况。本次比测分析资料的时间段为2019年2月21日～2019年6月11日，期间最高水位3.16m，最低水位0.69 m，H-ADCP测得的最低水位为1.07m（当低于1.07时，无流速信号或信号异常），测得最高水位3.54m。比测实测流量最低相应水位107m，实测流量最高相应水位3.54m，比测流量范围9.0-256m3/s，在线实测流速范围0.20-1.55m/s。

H-ADCP流量比测期间本站水位基本处于畅流期，只有4月25-26日短暂蓄水。采用2019年2月21日～2019年6月11日共50次实测流量，7月14日2次实测流量，总共52次实测流量。其是收集高水位比测流量15次，中水位流量28次，低水位流量9次。3月12日13：10～3月15日16：20由于系统故障，该时段内无数据。当水位低于1.07m时系统无法监测到数据，因在这一级水位均为畅流期，故在水位低于1.07m系统无监测数据时采用临时线推流。

3.2 水位级划分。根据郴州水文站测站任务书水位级划分，高水水位>197m，中水水位1.26m～1.97m，低水水位<1.26m。

3.3 在线测流系统关系线率定。根据《声学多普勒流量测验规范》（SL337-2006）第6.2.4条、《水文巡测规范》（SL195-2015）第7.2.8条的相关规定，郴州站采用常用流量测验方案中的流速仪法、走航式ADCP与H-ADCP进行率定分析。为确保资料一致性和精度，实测流量选用了测流平均时间作为和在线系统监测的同步时间。当实测流量的平均时间与在线系统不一致时，采用前后两次在线系统的流量平均值。

本次Q实测～Q在线 关系曲线先采用手工绘制，再查节点输入Excel表格自动率定关系线（如图3.1），建立相关公式。Y=0.0025x2+0.6986x+3.9909。

图3.1 郴州站HADCP在线测流系统关系率定图相关系数是表示两个变量之间关系的密切程度，取值范围在-1～1之间，当R越接近1时，说明两变量之间的关系越密切，从图3.2可以看出：R=0.999，说明两者关系很好。

图3.2 郴州站实测流量～在线流量相关关系图

4 比测结果分析

4.1 对H-ADCP流量监测系统率定的关系曲线进行符号、适线和偏离数值三个检验分析，以确定率定曲线是否正确可行。三项检验结果见下表：

对关系曲线的检验，标准差4.6%，随机不确定度92%，系统误差-0.6%，各项指标均达到规范要求，认为定线合理。

4.2 对郴州站3-6月的月径流量、次洪量进行对比分析。采用目前郴州站常规测验水位流量关系线与H-ADCP流量（由在线流量通过相关公式计算实测流量）整编成果进行对比。如下表：

（图4.3 水文巡测规范允许误差表）从曲线检定结果以及其月径流量、次洪量对照表来看均在规范允许范围内。因此所定的流量在线监测系统H-ADCP在线流量与实测流量的关系曲线经校验是可以采用的，利用流量在线监测系统所采集的资料进行整编是可行的。

5 整編方案

通过以上分析可知，当流量在线监测系统所监测水位在1.07 ～3.54m时，H-ADCP在线监测系统所测流量与实测流量的误差符合规范要求，可采用H-ADCP流量在线监测系统所监测的流量进行资料整编，其具体实施方案要求如下：

（1）整编方法：根据水位月报中摘录的水位时间，到和时通流量在线监测智能管理平台查询相应时间的流量。由于系统平台是每十分钟一组数据，当水位摘录的时间与平台时间不一致时可采用内插或取平均的方法得到相应流量。

将查询到的在线流量用公式Y=0.0025x2+0.6986x+3.9909进行计算（x为自变量即在线流量），得到Q实测。在南方片资料整编中一个摘录水位对应一个Q实测，采用连实测流量过程线的方法进行整编计算。

（2）当水体浑浊或含沙量较大流量出现负值时，可将它的过程数据中的负流速去除后取平均值得到断面平均流速V，根据水位再查算断面面积A，再用V*A=Q得到流量数据。

（3）郴州站水位在1.07m以下时为畅流期，全年为单一线。水位低于1.07m查线得到实测流量。

（4）本次收集的比测资料均为畅流期，故此次分析成果仅适用于畅流期。蓄水期间由于受下游景观坝顶托影响，水位流量关系发生变化，还需重新收集蓄水期资料进行率定。

6 结语

在线测流系统所测流量与实测流量关系良好，畅流期可以用Y=0.0025x2+0.6986x+3.9909（Y实测，X在线）关系转换，整编精度符合规范要求。此次比测范围水位在1.07-3.54m，当水位在1.07m以下时进行查线处理，因此每年107m以下要实测流量校正综合线;当水位高于3.54m时要实测流量比测率定相关系数;当流量在线监测系统所监测的流量与实测流量的关系误差超过规范要求，立即恢复常规测验;在H-ADCP仪器出现故障或维护期间恢复正常测验。

采用在线测流系统后，可以大大减轻劳动强度，腾出人力、物力进行水文服务和应急监测，为市域巡测打下坚实基础。

参考文献

[1] H-ADCP在线测流系统在思贤滘的应用研究[J]. 李志敏.广东水利水电， 2006（05）.