1.广州拓泰环境监测技术有限公司广州5100002.景德镇水文水资源局景德镇333000
摘要：本文以渡峰坑水文站为例，简述在线式声学多普勒流速仪的比测率定，为受水工建筑影响水文站点的流量测验问题，提供可行解决方案以及应用案例。
关键词：在线式声学多普勒流速仪；受水工建筑影响水文站点；指标流速；率定
1.引言
在线式声学多普勒流速仪（简称在线式ADCP）是一种先进在线流量监测设备，具有高精度、高分辨率特点，可以使用较小的单元，在较短的时间步长内获得精确的流速数据对于较难测验的低流速和非恒定流也能获得高质量的测量数据；具有采用时间短、流速准确的特点，适用于多类河流的流量监测。在线式ADCP在原理上主要测取测流断面特定区域的指标流速，要真正实现流量在线监测，还需做好指标流速与断面平均流速的率定工作，断面平均流速采用转子式流速仪、走航式ADCP等设备测定。现以渡峰坑站为例，简述在线式ADCP流速关系率定。
2.渡峰坑站概况
渡峰坑水文站为昌江控制站，建于1941年4月。地理位置为东经117°12ˊ，北纬29°16ˊ,位于江西省景德镇市西郊垦殖场庄屋下村，集水面积5013km2。测验项目包括水位、流量、含沙量、降水、蒸发、水温、岸温，属一类精度站，资料系列水位(流量)自1950(1953)年至今。
测验河断顺直长约1200m，上游约2300m处有一昌江大桥，1000m处有一弯道，弯道处左岸有一大支流（南河）汇入，600m处有一小支流汇入；上游1000～1300m和下游1100m处均有浅滩。下游12km处的鲇鱼山节制闸1987年7月建成使用，对本站水流产生严重的顶托影响。
洪水来源为上游降水；具有暴涨暴落山区河流特性；洪水一般为单峰型，水位在25.50m以下时，由于受鲇鱼山节制闸影响，水位流量关系紊乱，25.50m以上时，主要受洪水涨落影响水位流量关系为逆时针绳套。目前流量测验采用转子流速仪法，缆道施测，整编采用连实测流量过程线法。
3.比测方法与设备选用
3.1比测分析方法
为实现渡峰坑站在线式ADCP正式应用的目的，依据《声学多普勒流量测验规范》（SL337-2006）有关规定及相关技术要求，必须开展指标流速与断面平均流速关系的比测率定工作。其中指标流速采用在线式ADCP测量，断面平均流速采用转子流速仪测定。要求在高中低各水位级同步测量30组对比数据以上，通过线性回归的率定分析方法确定其流量或流速关系。
3.2设备选用
3.2.1在线式ADCP
渡峰坑站采用广州拓泰环境监测技术有限公司开发的在线ADCP测流系统，该套系统由水平式ADCP传感器、数据处理、采集传输系统和拓泰流量在线监测智能管理平台构成。工作原理是利用数采器控制水平式ADCP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，实现了流量流速监测管理的实时化、自动化、智能化。
图1在线式ADCP系统拓扑图
3.2.2设备安装
安装高程选择：在线式ADCP探头应安装在历史最低水位以下，以保证在出现历史最低水位情况下仪器能正常运行。根据渡峰坑站历年统计数据，渡峰坑站历史最低水位为20.83m(21.57建闸后)，最高水位为34.27m。因最低水位出现在鱼山节制坝建成前，历史最低水位安装无法实现，综合安全、仪器性能等因素，选择在高程为22.68m。采用2m～80m范围内的水平平均流速作为指标流速。
安装角度：考虑到仪器本身性能、技术要求及安装环境，将探头发射波束的上表面调整为水平，以保证出现极端水位的情况下仪器能正常运行，并精度良好。
4.资料比测分析
4.1比测期间水文情势
本次率定分析资料的时间段为2014年2月22日～2014年12月31日。在此期间，渡峰坑站出现5次小规模的洪水，2014年最高水位为28.11m，最低水位为23.12，占历年水位变幅37.2%。
4.2流量关系率定及误差
通常情况下，在线式ADCP比测率定因子优先采用流速，但在线式ADCP安装断面与比测断面非同一断面且两者相距较远时，采用流量因子进行比测率定。该站由于在线ADCP安装断面与比测断面非同一断面，且两者相距约300米，所以采用流量因子作为分析根据。
采用渡峰坑站转子流速仪成果与在线式ADCP进行率定分析，以在线式ADCP施测的流量（QADCP）与转子流速仪所测流量（Q转子流速仪）建立相关关系。为了使在线ADCP与转子流速仪测流率定资料时间同步，QADCP选取与转子流速仪测流起讫时间内的在线ADCP所测的流量。（在线ADCP的测速间隔为30分钟）。
本次率定分析资料的时间段为2014年2月24日～2014年12月31日，转子流速仪测流共178次，由于渡峰坑水文站低水受下游鱼山闸影响，水位与流速关系紊乱，且在关闸期间在线ADCP与转子流速仪测流关系不佳，故此次率定分析采用转子流速仪实测断面平均流速0.3m/s以上共59个率定点进行分析，点据明显集中成一带状，根据最小二乘法原理，定出关系线得出两者之间关系，Q转子流速仪=0.763QADCP。经计算率定后两者相关系数0.99。
5.结语
在线式ADCP是目前世界上先进的测流仪器，是科学、高效、便捷的测验手段，不仅能适应天然河道的水流条件，在受水利工程影响的河段亦有良好表现，实现了实时在线监测和数据自动采集功能，可在一定程度上克服复杂的流场、流态进行水文测验。针对渡峰坑受下游节制闸影响，水位流量关系紊乱的问题，应用在线式ADCP进行在线监测不失为一种可靠的测验手段。
从本次率定成果看，渡峰坑站比测方案和分析方法正确，比测率定结果基本满足精度要求，较好的解决了渡峰坑站受下游水利工程影响流量测验的问题。本次试验中，最高水位28.11m，当渡峰坑水文站水位超过28.11时，应及时比测测次，增加样本容量，增强样本代表性，并且对现有率定曲线进行补充和验证。同时，低流速部分建议采用走航式ADCP作为比测工具。
参考文献
[1]《河流流量测验规范》(GB50179—93)；
[2]《水文资料整编规范》（SL247—2012）；
[3]《声学多普勒流量测验规范》；（SL337-2006）
作者简介
1谢景滨（1986-），男，广东省揭阳市揭东区，研究方向：环境监测。
2桂笑（1981-），男，江西省临川市，研究方向：水文监测与资料分析。