H-ADCP声学多普勒流量计率定探讨

刘万霞，孙翠新，刘宗国

（淄博市太河水库管理局，山东淄博 255178）

H-ADCP声学多普勒流量计率定探讨

刘万霞，孙翠新，刘宗国

（淄博市太河水库管理局，山东淄博 255178）

介绍了太河水库供水自动化工程测水量水系统主要仪器H-ADCP的基本原理及率定方法，为进一步提高太河水库测水量水的精度打下良好基础。

太河水库；测水量水；H-ADCP

供水工程自动化监控工程是“引太入张”供水工程的一个重要组成部分，主要由数据传输及通信系统、水质自动检测系统、测水量水系统、闸门监控系统、视频监控系统、软件系统构成。自动化监控工程的实施，极大地保证了向张店城区供水和工程安全，特别是测水量水系统的实施，为合理和科学调度供水提供了大量的实时数据，其中测水量水系统主要仪器H-ADCP的科学率定提高了计量精度，为科学、安全供水提供了坚实的数据基础。

1 H-ADCP代表流速法相关要求

1.1 指标流速法

代表流速是河流断面上某处的局部流速（即某一局部的实测流速），断面平均流速可以认为是河流断面上的总体流速。在实际应用中，水平平均流速可以采用H-ADCP测验。

1.2 H-ADCP仪器安装要求

横向流量测验时，声学多普勒流速仪可安装在河岸、桥墩或其他建筑物侧壁上，并保证仪器处于水平状态。仪器的安装高度宜通过分析确定，声学多普勒流速仪的安装应使其中心轴线与测流断面平行；横向测速频次可根据水情变化情况、模型推流的需要确定；应适当安排渠道断面的测量次数，以减少借用断面带来的误差。

1.3 流量测验相关关系的建立

相关关系的建立应以仪器实测流速和实测断面平均流速为依据；断面平均流速可用流速仪精测法；收集不同水位级的关系率定资料；各水流条件关系率定的样本数应大于30；定线精度指标应符SL247-1999要求；选取相关关系最优的关系线推算流量；不同水情可采用不同的相关关系。

2 H-ADCP测流基本原理与方法

流量测验基本公式：Q=AV，断面过水面积仅为水位的函数：A=f（H），H为水位。

2.1 过水断面面积A的计算

过水断面面积与水位的关系通常采用表格或经验曲线来表示，在大多数情况下，水位与过水断面面积的关系可以用二次方程来近似表示，也可以直接输入断面的起点据、高程数据（即大断面成果表数据），程序依据实测水位数据，实时计算过水断面面积。

A=a1+a2·H+a3·H2

式中：a1、a2、a3为回归系数。

2.2 断面平均流速V的计算

平均流速V的计算共有两种线性回归方程：一种是二元（代表流速、水位）线性回归方程：V= b1+（b2+b3·H）Vi，Vi为流速，b1、b2、b3为回归系数；另一种是一元（代表流速）线性回归方程：V=b1+ b2·Vi。在进行流速采样（H-ADCP测量）的同时，用流速仪测出流量，由流量除以断面面积（依据断面面积——水位关系）得到断面平均流速数据。同步采样需要在不同的流量或水位情况下进行。得到一组断面平均流速与代表流速以及水位的数据。对数据进行回归分析(如采用最小二乘法)，即可以得到V与Vi的关系曲线或回归方程。

3 横向代表流速法的率定实例

以山东省淄博市太河水库黑旺一干渠某断面（120.0265E、31.4910N）2011-06-14测量结果为例，率定结果见表1、表2。

表1 太河水库黑旺一干渠流速仪率定比测表

表2 太河水库黑旺一干渠站ADCP流量计标定部分原始数据表

经过各系列数据的回归计算及各种数学模型的评估分析，评定结果为：V=0.0012+ 0.8948Vi。其相关系数为0.896 25，偏差系数为0.016 3%，不确定度为3.602 0%，偏差为0.000 5，标准差为0.016 0。

率定结论：率定成功。

4 问题与建议

1）通过对黑旺一干渠测站H-ADCP率定试验发现，仪器安装地点要具备一定水深，当水位较低时，H-ADCP发射出的声束可能碰到渠底或水面，对精度影响较大。

2）H-ADCP仪器的安装位置一旦确定下来，其位置将尽量保持不变，即固定地对同一个流层或垂线进行监测，以保证其流量系列具有较好的一致性。

3）选择仪器应根据不同的渠宽选择相应的仪器型号和频率，以仪器能测到断面主流速分布区流速为原则。

4）H-ADCP仪器适用于规则断面输水建筑物测水量水工程，建议在大中型水库渠道供水工程中广泛应用。

5）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，而且可以实时监测河流断面的流速流量过程。通过应用实践证明：ADCP的引进和应用是推进水利量测技术发展进程的必然趋势之一。

5 结语

测水量水系统是供水工程自动化监控工程的重要组成部分之一，H-ADCP为测水量水系统提供的实时在线数据的准确性，是供水调度、科学计量的关键，因此科学率定H-ADCP的计量精确度意义重大。H-ADCP实时在线数据监测为总干渠各出水口、计量点的需水、用水、水量计算和水量调配提供了实时准确的数据，保证了太河水库供水中心控制室第一时间获取准确水情信息，为太河水库灌区供水调度提供了科学的依据和保障。

（责任编辑 崔春梅）

TV213.4

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1009-6159（2014）-12-0013-02

2014-07-11

刘万霞（1975—），女，工程师