黄河玛曲（二）站走航式ADCP 流量测验比测分析

马良成，钟政道

（黄河水利委员会上游水文水资源局玛曲水文站，甘肃玛曲747300）

1 玛曲水文站基本情况

玛曲水文站设立于1959 年1 月1 日，由黄河水利委员会设立为基本水文站，是黄河上游的重要控制站。境内有140 余条支流汇入黄河，有“黄河上游蓄水池的美誉”，是黄河上游的主要产汇流区。在基本水尺断面上游1 200 m 和下游1 300 m 处均有90°的弯道，高水时下游弯道和测验河段可以起到控制作用。水位流量关系低水时多为单一线或临时曲线，中高水时多为绳套。

2 走航式ADCP 情况

本次比测使用的是由美国德立达（Teledyne）集团TRDI 公司生产的新一代智能流量测验系统——“瑞谱”型ADCP（配套瑞谱ADCP、GPS 罗经、折叠式三体船以及智能自适应软件），是第四代声学多普勒流量测验产品，该设备具有更小的体积、重量，更加方便的野外测验和运输。

本次使用的瑞谱ADCP，配备Hemisphere V102 GPS 罗经（V102 GPS Compass）一体机，可以同时输出GPS 和方向数据，标准NMEA 0183 数据格式。定位准确度为亚米级，定位和方向数据标准更新速率10 Hz，可选20 Hz；方向准确度＜0.75°；电源6～36 VDC，和ADCP 共用电源。定位和方向数据送入ADCP。

3 比测方法

本次比测采用流速仪法和走航式ADCP 同步进行流量测验，对两者测得流量、流速、面积进行比较分析。每次比测走航式ADCP 使用三体船，采用横渡法施测2 个测回断面流量（在流速仪法测流前、后各往返1 个来回或在流速仪法测流时间的中间时段施测2 个测回），其算术平均值作为走航式ADCP测得的流量值，每半个测回测得的流量值不大于2个测回算术平均值的±5%。ADCP 测得算术平均值与流速仪常测法测得的流量相比较，相对误差不超过±5%；比测随机不确定度不应超过6%，比测条件较差的不应超过7%；系统误差不应超过±1%，条件较差的不应超过±2%。

在施测过程中该站的走航式ADCP 主要参数设置如下：本次比测ADCP 载体为无动力三体船（铅鱼缆道牵引），ADCP 探能器入水深采用0.08 m；岸边系数斜坡采用0.7、陡岸采用0.8；水深修正一致使用River Depth Source 中的Composite(VB)；幂函数指数使用流量测量质量控制和管理软件Q-View 推荐值；声速采用固定声速1 450 m/s。

4 比测资料分析

本次比测试验从2017 年7 月至2018 年9 月，共测得34 组比测试验数据。测得水位变幅范围为1 994.19～1 997.08 m；实测流量变幅范围为259～1 800 m3/s。

表1 流速仪法与ADCP 测得的断面流量比对分析

4.1 流量比测分析

通过表1 进行综合分析得出：34 次比测试验流量相对误差均在±5%范围内，合格率为100%；系统误差为+0.69%，标准差为2.16%，不确定度为4.32%，符合《河流流量测验规范》中4.1.2.3 条比测随机不确定不应超过6%，系统误差不应超过±1%的规定。

以流速仪实测流量值为纵坐标，以ADCP 实测流量值为横坐标，建立Q0～Q1相关关系（见图1）。两者相关关系很好，相关系数为0.997 1，具有很高的拟合度，其相关公式：

图1 流速仪实测流量与ADCP 实测流量相关分析图

4.2 断面面积分析

通过表1 进行综合分析得出：34 次比测试验面积相对误差均在5%以内，合格率为100%，系统误差为-0.01%。

以测深铅鱼实测面积值为纵坐标，以ADCP 实测面积值为横坐标，建立A0～A1相关关系（见图2）。从图2 可以看出，两者相关关系很好，相关系数为0.996 9，具有很高的拟合度，其相关公式：

图2 铅鱼实测面积与ADCP 实测面积相关分析图

4.3 平均流速分析

通过表1 进行综合分析得出：34 次比测试验流速相对误差均在5%以内，合格率为100%，系统误差为+0.82%。

以流速仪实测平均流速值为纵坐标，以ADCP实测平均流速值为横坐标，建立V0～V1相关关系（见图3）。从图3 可以看出，两者相关关系很好，相关系数为0.988 9，具有很高的拟合度，其相关公式：

图3 流速仪实测流速与ADCP 实测流速相关分析图

5 结论

玛曲（二）站走航式ADCP 进行流量测验主要采取铅鱼缆道牵引三体船携载ADCP 及配套设备进行，能保证船速、航迹稳定。河段洪水涨落缓慢，流速小，为ADCP 的测验提供了良好的条件。

从比测资料分析可以看出，走航式ADCP 在玛曲（二）站测验精度符合规范要求，具有良好的应用条件，可作为玛曲（二）站主要的测流方式。经综合分析，走航式ADCP 完全可在玛曲（二）站使用，水位变幅为1 994.19～1 997.08 m、流量为259～1 800 m3/s 范围内投产使用，作为玛曲（二）站流量测验的常用手段。