第56卷第11期2020年11月
GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGY
甘肃水利水电技术
三体船Vol.56，No.11Nov.，2020
DOI：10.19645/j.issn2095-0144.2020.11.002
收稿日期：2020-10-10
作者简介：达伟（1975-），男，新疆库尔勒人，高级工程师，主要从事水文水资源研究，E-mail ：****************。
巡航式ADCP 在巴州境内河流实用性分析
达伟
（巴音郭楞水文勘测局，新疆库尔勒841000）
摘要：流量自动测验是水文现代化以及实现水文测站“无人值守、有人看管”发展理念的关键环节。巴音郭楞水文勘测局2017年、2018年先后引进巡航式ADCP 测流系统，并在他什店、大山口水文站开展对比试验。该文拟对两站试验数据进行对比分析，综合判断ADCP 仪器设备在巴州境内河流的实用性，从而为巴州境内其他河流引进自动测流设备以及巡航式ADCP 的推广应用提供科学依据。关键词：巡航式ADCP ；适用性分析；对比试验；流速仪法中图分类号：P335+.1 文献标志码：A
文章编号：2095-0144（2020）11-0005-04
1前言
巡航式ADCP 已经逐步成为国内流量测量的仪器之一。在中小型水文站，巡航式ADCP 发挥着重要的作用[1]，特别是在应对洪水突发事件中，起到了其他测验仪器及方法不可替代的作用[2]。但是针对不同地区，它在不同河道断面的适应性还需进行逐步检测。国内外学者结合实际工作，采用传统流速仪比对巡航式ADCP 流速仪的适用性[3-4]。研究结果表明：在一些区域性高洪发生时，能起到关键作用。近年，巡航式ADCP 在新疆部分地区也达到了测试规范要求，并在水文站试用并推广。
新疆维吾尔自治区的巴州地区，对巡航式AD⁃CP 流速仪的研究较少，尤其在应用技术上缺乏经验和测验数据比较。巴州境内的大山口水文站流量
测验断面位于大山口一级电站下游200m 处，受枢纽闸室起落影响，水位陡涨陡落，时间非常短，流速仪法测流时间明显不够，尤其是5-8月主汛期闸门起落频繁，给流量资料收集带来了较大困难，甚至会导致部分重要水位节点对应流量缺测的情况。他什店水文站流量测验断面受下游9.5km 处铁门关水库回水顶托的影响，水位-流量关系紊乱，年径流量计算不得不采用“连实测法”进行推流，为满足“连实测法”推流精度要求，需实测流量测验120次/年以上，劳动强度极大。为降低劳动强度、缩短测验
时间、提高测验精度，巴音郭楞水文勘测局引进巡航式ADCP 应用于大山口、他什店水文站，既是现实状况下流量测验工作需要，也是水文现代化发展进程的客观需求。大山口水文站主要受上游大山口水电站影响，他什店水文站主要受下游铁门关水库影响，在大山口、他什店水文站引进巡航式ADCP 进行流量测验对比试验，其结果应用条件具备普遍性，可为巴州境内其他河流引进自动测流设备以及巡航式ADCP 的推广应用提供科学依据。2试验区概况
开都河是巴州区产水量最大、雨雪混合补给的河流，其补给来源与巴州境内车尔臣河、若羌河、瓦石峡河、黄水沟、清水河等河流基本一致。大山口水文站位于巴音郭楞蒙古自治州和静县南哈尔莫墩镇境内，是开都河的重要水量控制站，测站以上集水面积18827km 2，多年平均径流量35.30亿m 3。流量测验断面位于大山口一级水电站下游，河道呈“U ”形，宽约90m ，左岸为铅丝笼护岸，右岸为混凝土挡水斜墙，河床主要由卵石和砂砾石组成，植被稀少，河道顺直，水流集中，比降不大，控制条件良好。孔雀河是一条依靠人工调节的非天然河道，其水量主要来源于开都河末端的博斯腾湖，依靠博
斯腾湖扬水站将开都河水量通过孔雀河输送到库尔勒市南部的普惠水库或塔里木河，供下游农业生产
和生态绿化使用。他什店水文站位于巴音郭楞蒙古自治州库尔勒市塔什店镇境内，是孔雀河唯一水量控制站，多年平均径流量13.53亿m 3。流量测验断面位于博斯腾湖扬水站下游45.21km 处，河道呈“U ”形，宽约35m ，左右岸均为黏土，河床主要由砂土组成，植被较多，河道顺直，控制条件较好。3试验方法3.1资料收集方法
巡航式ADCP 安装于三体船内并用铅鱼或者手摇循环式装置牵引，采用横渡法施测2个测回的断面流量（在流速仪法测流前、后各往返1个来回），每半个测回用时大于180s ，且测得的流量值不超过2个测回算术平均值的±5%，若前后4次流量值的变幅不大于平均值的10%，则取该平均值作为ADCP 测定的流量。转子式流速仪测流采用常测法一点法（0.6相对水深）测速，测速垂线相对固定，每个测点测速计时不少于100s ，每条测深垂线均测深两次取均值，每次测流结束现场及时计算。
3.2比测内容
大山口水文站过河方式为双索吊箱和电动缆道，测验方式为流速仪一点法（0.6）；测深、测速垂线相对固定，测深垂线布设为15～17条，测速垂线布设为15～17条，流量大时在主流区适当增设测深、测速垂线；完成一次流量测验需要投入2名技术人员，耗时2h 左右，若河道水量大采用流速仪精测法（多点法）测流则需耗时5h 左右。他什店水文站：过河方式为电动双索吊箱和手动双索吊箱，测验方
式为流速仪一点法（0.6）；测深、测速垂线固定，测深垂线布设为15条，测速垂线布设为7条，流量大时在主流区适当增设测速垂线；完成一次流量测验需要投入2名技术人员，耗时1.5h 左右，若河道水量大采用精测法（多点法）测流则需耗时3h 左右。4结果分析
4.1大山口水文站比测结果分析
大山口水文站2018年至2020年6月共收集到流量对比试验33次，测次覆盖高、中、低水，测到最大流量461m 3/s ，测到最小流量32.8m 3/s （表1）。
表1
大山口水文站流量对比试验结果统计
2020年第11期甘肃水利水电技术第56卷
由表1可以看出：大山口站33次测次分布涵盖了高、中、低水的完整过程，资料系列代表性好；AD⁃CP 与流速仪测得流量相对误差均在±5%以内，最大相对误差为4.8%，最小相对误差为0%，历次流量相对误差均值为0.8%，流量测验精度高；历次测流面积相对误差均值为-3.3%，历次测流流速相对误差均值为4.7%，说明流量测验相关重要参数测验精度高。
点绘流速仪与ADCP 流量相关关系图（图1），可以看出两者相关关系很好，流速仪与ADCP 流量率定直线相关方程为：Q 转子流速仪=0.9941Q ADCP -0.4806，相关系数R 2达到0.9994，相关性较高。4.2他什店水文站比测结果分析
他什店水文站2017年至2020年6月共收集到
流量对比试验39次，测次覆盖高、中、低水，测到最大流量95.2m 3/s ，测到最小流量12.6m 3/s ，测验结果见表2。
他什店站39次测次分布涵盖了高、中、低水的
010*******
400500
图1大山口水文站ADCP 与流速仪流量相关关系
L S 25-1型转子流速仪流量/(m 3/s )
500
450400350300250200150100500Q 转子流速仪=0.9941Q ADCP -0.4806R 2=0.9994ADCP 测流仪流量/(m 3
/s)表2大山口水文站流量对比试验结果统计
第11期达伟：巡航式ADCP 在巴州境内河流实用性分析
第56卷
完整过程，资料系列代表性好；由表2可知，ADCP 与流速仪测得流量相对误差均在±5%以内，最大相对误差为4.8%，最小相对误差为0.4%，历次流量相对误差均值为-0.5%，流量测验精度高；历次测流面积相对误差均值为1.0%，历次测流流速相对误差均值为-0.5%，说明流量测验相关重要参数测验精度高。
点绘流速仪与ADCP 流量相关关系图（图2），可以看出两者相关性较高，流速仪与ADCP 流量率定直线相关方程为：Q 转子流速仪=1.0099Q ADCP -0.2071，相关系数R 2达到0.9974，高度相关。
5结论及建议5.1结论
（1）通过对比试验分析，巡航式ADCP 应用于开都河大山口、孔雀河他什店水文站，测验结果与流速仪测验结果高度一致，精度可靠，完全可以作为水文资料采集的常规测流手段。
（2）通过对比试验分析，确定大山口水文站AD⁃CP 相关参数取值为：入水深度0.10m ；岸边数据组10；岸边系数0.35；底部流量估算方法幂函数0.1667；
顶部流量估算方法幂函数0.1667。
（3）通过对比试验分析，确定他什店水文站AD⁃CP 相关参数取值为：入水深度0.08m ；岸边数据组10；岸边系数0.70，底部流量估算方法幂函数0.1667；顶部流量估算方法幂函数0.1667。
（4）从对比试验分析看，巡航式ADCP 测流系统能有效解决水库坝下流量变化大、过程控制难以及水库坝上流量受回水顶托关系紊乱、低速测验精度低的问题，同时，也极大提升了测流效率，降低了劳动强度。
（5）通过对比试验分析，明确了巡航式ADCP 使用注意事项：①在测验时尽量保持运行轨迹在河道测验断面线同一方向直线行驶，避免设备运行轨迹来回或者上下移动，尤其是在靠近岸边低流速的情况下。②尽量避免三体船运行速度时快时慢，以免ADCP 吃水深度不够导致测得数据出现空白或者数据坏死现象。③设备起始和终止位置要放在有流速的位置，避免左右岸浅滩位置流速小出现设备向
上游跑动，导致面积、水面宽、水深等水文参数测量不准确，从而影响整个测次的结果精度。④要随时注意流速矢量线与罗经变化过程是否匹配。当罗经变化正常时，断面上流速矢量线基本平行，航迹变化平缓，反之，当罗经出现异常时，断面上流速矢量线会出现不规则变化。⑤只要船速不大于流速，就可以匀速快速测量，切忌片面追求低速运行从而丧失该设备快速测量的功效。5.2建议
（1）ADCP 作为先进的测验设备，在海洋勘测、水库测量、大江大河测验等工作中，已充分展示出了测验精准、方便快捷的特点，其普及应用具有重要的社会经济效益和现实意义，建议相关水文部门、水管部门在境内河流水量监测中大力推广使用。
（2）大山口水文站受上游水库工程影响含少量很低，2018年、2019年年平均含沙量分别为0.007kg/m 3、0.013kg/m 3，最大含沙量也不足0.10kg/m 3；他什店水文站没有实测含沙量资料，但考虑到其水量
来源于博斯腾湖扬水站，所以其含沙量很低。因此，建议相关部门继续在含少量较大的塔里木河、车尔臣河引进巡航式ADCP ，对比分析该型仪器设备对含少量的使用限制条件。参考文献：
［1］白昀生.巡航式ADCP 在多风环境下测回精度影响研究[J].内蒙古水利,2019，40（11）：13-15.
［2］姜雪恺，裴云，任智勇，等.三湖河口站巡航式ADCP 流量
测验技术应用研究[J].人民黄河,2019,41（增刊2）：3-5.［3］高夏阳，钞磊，马煜东，等.巡航式ADCP 在青铜峡水文站
的应用研究[J].内蒙古水利,2019，40（9）：52-53.［4］黄敏，黄监初，刘卫根，等.巡航式ADCP 流量测验精度校
测分析[J].江西水利科技,2019,45（2）：84-88.图2他什店水文站ADCP 与流速仪流量相关关系
10
20
3040506070
80
90
100
ADCP 测流仪流量/(m 3
/s)
Q 转子流速仪=1.0099Q ADCP -0.2071R 2
=0.9974
L S 25-1型转子流速仪流量/(m 3/s )
1201008060402002020年第11期甘肃水利水电技术第56卷
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议