5H-ADCP流量在线监测方案应用及优化

2020-06-04彭佑

陕西水利 2020年4期

彭佑

（长沙市水文水资源勘测局,湖南长沙 410000）

1 概况

本站属一类精度站，采用典型年法划分水位级，水位级划分情况如下：

水位35.65 m（含35.65 m）以上为高水期；水位35.65 m以下、31.26 m（含31.26 m）以上为中水期；水位31.26 m以下为低水期。全年最高水位37.36 m，最低水位28.71 m。采用高程原换算关系冻结基面以上米数-1.801 m=黄海基面以上米数，2018 年1 月1 日变更为冻结基面以上米数-1.765 m=85基准以上米数。

本站下属基本雨量站2 个，分别为嵩山、江背站，并与本站配套摘录的雨量。主要测验项目有降水量、水位、流量，辅助项目有比降观测。测验河段较顺直，河床由卵石夹沙组成。

2 H-ADCP在线流量推算模型建立

建立了相应的指标流速后可以通过H-ADCP在线流速监测数据获取相应指标流速，在此基础上能够计算出断面流量情况，从而实现流量在线监测。上述公式中的过水断面面积可按照实际测量断面水位进行推算得到。对于案例所在河段来说，其水流条件相对复杂，流速具有非常强的波动性，为获取典型指标流速，须对监测流速实施数据前处理，再建立典型指标流速和实测断面流速的对应关系。

3 断面流量测验

3.1 缆道转子式流速仪法

该站从建立至今始终采取的电动缆道转子式流速仪法进行流量测验，在水位相对平稳情况下采取两点法进行测验，而在水位涨落急剧、漂浮物过多等情况下可以采用一线一点法进行流量测验。一般情况下较为常用的流量测验设备为旋浆式LS25-3 A流速仪以及旋杯式LS78 流速仪，正常控制测验时间在1 h左右。对于站来说，水位流量关系较为复杂，若是采取按临时线法布置测次的流量测验方案，难以控制其变化过程，从而造成流量数据和资料偏差较大，难以满足流量测量精度要求[4]。

3.2 H-ADCP在线流量监测试验

1）为了能够获得更加准确的流量变化情况，可以采取流量在线监测的方式来进行。参数见表1。

表1 H-ADCP在线流量监测参数设置

在充分考虑所测断面形状以及水流情况的基础上，为了获取更准确的监测结果，可在测验断面区域贴近岸边位置处建立垂直滑道型混凝土H-ADCP试验监测台。在距离起点30 m处设置支架，支架顶部可以利用栈桥和站房进行连接。同时为了能够实现多点监测，需在垂直支架上设置轨道，再利用滑轮来调节水下H-ADCP到代表高程点的位置。为了确保H-ADCP的稳固性，需要通过卡钳将其牢牢紧固在轨道上，避免其受到水流等冲击而出现抖动的问题，影响到监测准确性。

2）H-ADCP测验系统完成调试以后，利用转子式流速仪对流量测验情况进行比测，得出了在不同水情条件下流速仪实测出断面平均流速和H-ADCP指标流速之间的关系，通过水位插补水道面积进行流量计算，确定H-ADCP测流的测验误差和仪器设备可靠性等内容[5]。

获得最终比测成果能够得出：

①水位在31.26 m～35.65 m范围内，测试设备设置在31.10 m高程位置时所得流量关系为：

②水位在35.55 m～42.23 m范围内，测试设备设置在35.26 m高程位置时所得流量关系为：

其中，Q表示流量，单位为m3/s；V指标表示指标流速，单位为m/s；A表示断面面积，单位为m2。

每一年要参照汛前实测大断面情况绘制出水位和面积的关系曲线，随机抽取多个水位面积节点作为数据点进行流量计算。若是随着时间的积累出现了冲淤变化情况，要及时进行大断面施测，同时对水位—面积的关系进行更新。在进行流量段选取时，首先需要对照所有指标流速相对应的流量，之后要确保所选取的流量段可以有效反应控制流量的变化过程，能够满足测站的需要并且能够准确的计算出逐日流量以及相应径流特征值。