郎溪水文站流量在线监测系统率定分析

殷红婷

(安徽省芜湖水文水资源局,安徽 芜湖 241000)

0 引 言

科技的快速发展促进了水利智能化建设速度,提高了水利枢纽、设施的监督管理效率,降低了人员的工作强度,对水利行业快速发展具有重要的促进作用[1-3]。自动化监测数据的准确性对水利工程的运行调度影响较大,当监测数据与实际情况差距较大时,可能误导人员判断,从而降低水利工程的使用效率,甚至造成灾害等严重后果。因此,保证监测数据与实际情况的符合性是非常必要的。

流量作为重要的水文参数,是流域防洪调度等不可缺少的数据资源。在线流量监测系统在较多工程中得到应用,取得良好的效果,监测系统的率定是非常重要的工作[4-6]。本文结合郎溪水文站实际情况,对在线流量监测系统率定进行初步分析。

1 测站基本情况

郎溪水文站位于安徽省宣城市郎溪县东门埂,设立于1951年。设立初为水位站,2009年升级为水文站,与郎溪(山脚底)共同控制集水面积2 209km2。郎溪水文站是郎川河入南漪湖控制站,国家基本水文站、二类精度站。测验河段顺直长度约300m,左岸为南丰圩堤防,右岸为城市防洪墙,断面控制良好。断面处为单式河床,河床由泥沙和壤土组成, 较稳定。上游80m处有一弯道,下游约200m处为宣郎公路桥,下游16km为南漪湖。站以上流域洪水主要由暴雨形成,暴雨多发生在4-9月份,主要为梅雨锋型和台风雨型,其中又以6-7月份出现面积广、强度大的梅雨型暴雨机会最多。洪水期南漪湖水位较高时,易受其顶托影响,洪水持续时间较长。

2 流量在线监测系统情况

郎溪水文站流量在线监测系统于2023年1月完成安装调试,该系统数据采集系统结构设计成3层架构,主要有信息采集层、数据处理层、信息应用层组成。见图1。

图1 流量实时在线监测系统数据拓扑图

郎溪站采用2台声学多普勒流量剖面仪(ADCP),型号为LK-P2000的测流探头。郎溪站两条测速垂线分别位于起点距65、95m处,见图2。

图2 流量实时在线监测系统设备断面布置图

选定探头具体位置后,采用水下打桩方式固定,确保流速传感器在水下长期保持固定,不因为水流或漂浮物导致设备角度发生偏移。

3 率定分析

在线流量的比测分析是一项系统性工作,从设备安装调试完成后开始到在线流量监测数据真正应用到生产有一个漫长的过程。郎溪水文站在线流量监测系统在2023年1月完成安装调试,开始进入参数率定阶段,过程中反复进行参数调整,以期达到更好的监测数据。目前,已完成参数率定分析的工作。下面通过资料分析,确定该在线监测系统是否可以正式投入生产应用,见图3。

图3 比测率定分析流程图

3.1 率定分析方法

根据《声学多普勒流量测验规范》(T/CHES 61-2021)第6.4条规定,采用郎溪水文站实测流量成果中的平均流速与各测次测流时段内在线流量监测数据的流速平均值进行率定分析,通过两种流速值,建立关系曲线并进行误差分析,按照《水文资料整编规范》(SL 247-2020)中第5.3.2款规定的精度进行成果评定。当全部测次不能满足相关精度要求时,缩小参与率定分析的实测流速区间范围,再进行分析。在线监测系统指标流速为起点距30和75m处的垂线流速的算术平均值,即V在线=(V30+V75)/2。

3.2 率定分析数据情况

郎溪在线测流系统自2023年1月运行至今,完成比测流量测验34次。目前,通过水文站实测整编成果与该测流时段内在线流量监测数据的平均值进行比测分析,对该流量自动监测系统的参数进行率定。

3.3 率定分析

3.3.1 流速分布情况

见图4、图5。

图4 起点距65m处流速垂线分布

图5 起点距95m处流速垂线分布

3.3.2 代表流速与断面平均流速关系定线计算表

参与率定测次代表流速与断面平均流速关系定线计算的数据见表1;部分数据未参与计算,见表2。未参与率定的主要原因是流速小、往返闭合性差、无滤波流速数据等。

表1 参与率定测次情况

表2 未参与率定测次情况

3.3.3 实测与在线代表流速关系线图

实测数据与在线代表流速的关系曲线见图6。由图6可知,实测数据与在线代表流速之间具有较强的线性相关关系。

图6 实测数据与在线代表流速的关系曲线

3.3.4 关系线检验

关系线检验结果见表3。根据检验结果分析可知,符号检验、适线检验、偏离数值检验均通过检验。

表3 关系线检验结果

4 结论及建议

1)根据率定分析结果,实测断面平均流速V与在线流速Vcp之间的相关关系为V=0.727*Vcp。

2)经过检验分析,符号检验、适线检验、偏离数值检验、随机不确定度均可通过检验,系统误差约为0.06%。

3)建议下一步将上述相关关系内置到流量在线监测系统中,开始进行正式的比测分析工作。