运河水文站H-ADCP与ADCP测流关系初步分析
2012-04-10周沛勇
周沛勇
摘要:声学多普勒流速仪 (H- ADCP) 在应用过程中必须要解决一些特定的技术问题。ADCP 的引进和应用, 是整个水利系统现代化建设进程的发展趋势之一。通过分析研究H-ADCP与ADCP测流关系，可为建立适用社会主义市场经济要求的供水体系提供信息、计量及管理支持。充分发挥南水北调东线江苏段工程系统的作用，使其成为经济社会可持续发展的重要支持。
关键词: H- ADCP; 测流; 技术; 分析
Abstract: acoustic doppler velocity apparatus (H-ADCP) in the application process must solve some specific technical problems. The introduction of ADCP and application, is the whole water conservancy system modernization process one of the development trend of. Through the analysis and research H-ADCP ADCP how relationship, can apply for establishing a socialist market economy requirements of the water supply system to provide information, measurement and management support. Give full play to the "south jiangsu section engineering system effect, make it a sustainable economic and social development of the important support.
Keywords: H-ADCP; How; Technology; analysis
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
0 前言
ADCP 是当前在我国逐渐兴起的一种新型测流仪器, 具有操作方便、快速高效、稳定可靠等优点。通过ADCP所测流量与流速仪法所测流量比较，两种测量方法所测流量的数值接近和过程吻合。 H-ADCP更为简便, 易于操作, 而且可以在线实时监测河流断面的流速流量过程。所以ADCP所测流量可以代替流速仪法所测流量，对于水文的现代化和信息化而言, 意义重大, 也是整个水利系统现代化建设进程的发展趋势之一。
1 测验方法
从徐海路桥到陇海铁路桥间近1400m,河道顺直，断面无变化，由于H-ADCP仪器测流断面在水文站基下30m流速仪测流断面上游150m，H-ADCP仪器测流断面形状和面积与基下30m流速仪测流断面的形状和面积通过测量基本上没有变化，两断面间无支流及外水汇入，通过两断面流量可视为相等，利用测流缆道栓挂走航式ADCP仪器在基下30m流速仪测流断面进行流量测验，所测的流量代表H-ADCP断面流量。
2 测验成果
2.1水准测量
从国家水准点引测，按三等水准的要求进行往返测量，往返高差不符值控制在12 mm，水准高程取其往返测量平均值，基面采用废黄河口高程。水尺零点高程采用四等水准测量，往返高差不符值控制在4 mm（n为往返平均仪器站数）。
2.2大断面测量
大断面岸上部分按照国家四等水准测量的标准进行，高差不符值控制在30 mm，水下部分按照不低于《水文普通测量规范》（SL58-93）大断面的最少测深垂线数目要求，采用测深杆连续测深两次，取其平均值推求断面各点河底高程。
2.3误差计算
2.3.1 ADCP与H-ADCP两种仪器流量计算对照表，见表一
表一 ADCP流量与H-ADCP流量计算对照表
2.3.2相关分析：
两种测验手段流量相关计算见表二
表二两种测验仪器流量相关计算
由表二得知：n=19
Sxx= - ( ) =1814889.85-(3868.7)2/19=1027161.445
Syy= - ( ) =1425913.73-(3337.5)2/19=839655.5063
Sxy= - ( )( )=1606021.35-3868.7*3337.5/19=926453.6526
b1=Sxy/Sxx=926453.6526/1027161.445=0.902
b0=y-b1x＝176-0.902*204＝-7.999
所配y倚x的回归方程为：y=0.902*x-7.999
X与y样本协方差Mxy=1/n*Sxy=1/19*926453.6526=48760.7186
X样本的均方差Sx=(Sxx/n)1/2=(1027161.445/19)1/2=232.5105
y样本的均方差Sy=(Syy/n)1/2=(839655.5063/19)1/2=210.2199
相关系数:
r=Sxy/(Sxx*Syy) 1/2=926453.6526/(1027161.445*839655.5063) 1/2=0.998
取显著性水平α＝0.05。自由度ν＝n-2=19-2=17查相关系数检验表得rα/2＝0.451r>> rα/2 所以y与x线性关系显著，回归曲线的均方误：△＝±Sy ＝±210.2199 ＝±13.3m3/s,通过对资料相关计算可知，相关系数r＝0.998，相关关系很好，可以用回归方程计算H-ADCP流量对ADCP的流量（断面实测流量）
点绘ADCP流量与H-ADCP流量相关曲线图，见图一，回归曲线均方误为±13.3m3/s，作两条虚线，可以发现19个点中有15个点落在两条虚线之内，合格率达78.9％。
3 相关曲线检验
对相关线进行三种检验，参数计算见表三及检验成果
表三相关曲线检验参数计算表
n=19 ∑Pi=11.290.59 ∑Pi2=7835.3S=20.86
∑(Pi- )2=7828.6
3.1 符号检验
测点偏离曲线的正号个数K＝7.5（负号11.5个）测点总数n=19
统计量μ＝ ＝ =0.69
显著性水平α取用0.25，查编印规范表（2.5.2-1）
查得相应临界值μ1-α/2＝1.15因为μ＜μ1-α/2, 所以定线合理。
3.2适线检验：
由参数计算表三统计可知，符号变换次数K=10而 k>0.5(n-1)=0.5*(19-1)=8 此线免做此项检验,所以定线合理。
3.3偏离数值检验
由表三可知S=20.86
所以S = = 4.78 t= = =0.12
显著性水平α取用0.20，查表得t1-α/2=1.334
因为 t＜t1-α/2 所以定线合理
3.3ADCP流量与H-ADCP流量关系测点标准差计算：
Se=［ ］ = = =21.47
3.4成果评定
通过三种检验，相关线定线合理，测点标准差为Se=21.47%，随机不确定度,随机不确定度偏大是由于小流量河道行船影响造成的，系统误差;通过以上参数及误差得分析计算，可以看出，H-ADCP仪器可以作为一种流量实时监测的长期驻守或巡测断面的流量监测手段;尤其是在不通航的河流上使用效果更佳。
4结论
4.1率定成果在流量小于700m3/s的情况下，可以使用本率定成果
4.2存在问题：
⑴所依据的分析资料系列短。
⑵流量资料还没有能够超出以前实测最大流量值。
⑶河流小流量的监测受河道通航行船的影响很大，大流量较小。
⑷缆道运行速度慢，河道行船多，对走航式ADCP运行带来很大威胁。
4.3建议
⑴限于以上问题，建议在河道行船少甚至没有的情况下进行率定。
⑵限于资料系列短，流量最大值不足的情况，以后还应继续对较大洪水特别是特大洪水进行比测率定，以便更精确地找出两种测验方法流量间得关系。
参考文献：
《水文普通测量规范》（SL 58-93）
《水位观测标准》（GBJ 138-90）
《河流流量测验规范》（GB 50179-93）
《声学多普勒流量测验规范》（SL 337-2006）
《水文巡测规范》（SL 195-97）
《水文缆道测验规范》（SD 121-84）
《水文资料整编规范》（SL 247-1999）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
