华县水文站ADCP比测分析研究
摘要 ADCP在河流、渠道流量测验应用，提高了精度，搭配操作便捷处理软件，可直接生成符合规范要求的成果表。
关键词 ADCP；流量测验；处理软件
1 比测方案
1.1 ADCP与流速仪法
水位平稳期，流速仪和ADCP同步进行流量测验并施测含沙量，流速仪测速历时100秒以上；ADCP进行4个半测回，任意1个半测回结果和平均值误差不超过±5%为一次有效测验，否则再增加1个测回，船舶航行速度小于或等于水流速度。测验期间分别记录始终时间、水位，水位有差别时，以ADCP测流相应水位为准，对流速仪法进行修正，水位流量关系稳定时可用线查流量代替。比测次数不少30次，根据试验效果适当增加，试验分布在不同水位级。动底现象严重，ADCP测验影响时，底跟踪模式和GPS差分定位模式同时运行。
1.2 动底试验
河底泥沙在高流速时会随水流迁移形成推移质运动，俗称“动底”。出现动底时，ADCP所测流速小于实际流速，该试验是探索动底流速随水位或流量大小变化规律，为修正施测成果及以后简化测验搜集资料。
（1）固定法：将ADCP固定在某一位置（以后固定在此位置）约10分钟左右，用底跟踪测验船速和位移，根据测到位移和时间计算动底流速。
（2）回路法：从断面左（右）岸A点开始启动ADCP测验，测至对岸时，测船不停留也不进行ADCP操作，重新返回到A点，停止ADCP测验。如果没有动底，A点出发返回A点时船舶位移为零，否则，用位移S除以总历时T即为动底流速。要求测船航向尽量垂直水流方向，起点和终点严格重合，进行2测回测验结果相差不大时取其均值作为断面平均动底流速。
1.3 不同沙量级ADCP测验
含沙量对ADCP流量测验影响较大一个因素，通过试验确定ADCP测流在不同含沙量级测验精度以及所能适应最大含沙量。要求每次比测时测取含沙量[1]。
2 设备与软件设置
2.1 仪器设备
美国RDI生产骏马系列瑞江牌，宽带1200kHz走航式声学多普勒流速剖面仪，塑料三体船为仪器载具，流速仪用LS25-1型旋浆流速仪。天宝R8系列（1+1）GPS接收机。配套软件是win7下安装WinRiver II v2.12。安装GPSConfig软件设置GPS的GGA数据输出。
2.2 软件参数设置
ADCP测流前，对参数（指令）和WinRiver II v2.12采集处理软件参数进行设置；参数（指令）设定有两种方法，一种是利用“设置向导”自动生成指令，另一种是直接输入指令。可以根据测站当时具体情况设置向导命令和用户命令以替换固定命令。WinRiver II v2.12采集处理软件的参数设置主要包括设定通讯端口、波特率、ADCP入水深度、水体表层和底层及岸边未测区的流量估算方法、含盐度量等。
3 比测试验
2009和2013年进行试验，从比测资料看，比测次数少，样本容量不足，试验结果存在偏差。2015年继续进行试验，确定ADCP与流速仪法流量关系，确定流量和含沙量允许范围。
3.1 比测情况
2015年5月12日至9月21日，不同水位和含沙量级，进行30次ADCP与常规流速仪试验，选水流平稳、在含沙量3～10kg/m?范围内同步测流并施测含沙量，发现含沙量在6.34kg/m?以上时，ADCP底跟踪模式测流精度受含沙量影响过大，难以得到合格流量成果。5～8月份测得了5次合格比测资料。9月份比测25次，测得最大流量341m3/s，最小流量53.8m?/s，最大含沙量6.34 kg/m?。
3.2 誤差分析
ADCP底跟踪模式与流速仪法测得流量相比，绝对误差在–14.0～2.1m3/s，相对误差–10.17%～3.25%，系统误差–3.71%。ADCP测得流量系统偏小，验证了2009年比测结果。也符合动底流速存在造成ADCP流量偏小规律，2013年比测结果与本次不相符，判断是2013年比测样本较少（只有10次）。为验证ADCP流量系统偏小原因。9月份用固定法和回路法做了10次动底流速比测试验。从试验结果看华县站确实存在轻微动底现象。
3.3 水位流量关系
（1）流速仪和ADCP法水位流量关系
比测用流速仪和ADCP分别进行测验方法，分析两种测验方法差异，需对两种测验方法实测点据分别定线。从流速仪法和ADCP法实测流量测点点绘情
况，除第2次与其他测次时间间隔较长，受断面冲淤变化影响，其他测点都较为集中，适宜定单一曲线。按照水文资料整编规范定线要求对两条曲线分别进行了三种检验，流速仪法标准差2.48%，系统误差0.3%。ADCP法标准差2.79%，系统误差-0.6%。
（2） 两种曲线相关分析
①建立相关线
在流速仪和ADCP水位流量关系曲线上摘录同水位节点流量，建立以流速仪法为纵坐标，ADCP法横坐标相关曲线，相关线为直线，得到流速仪法和ADCP法的相关线公式为：y=1.032x，相关系数R2=0.999。流速仪法和ADCP法流量相关关系为Q流速仪=1.032QADCP。
②曲线检验
为确保关系曲线合理性，将ADCP实测流量通过该公式转换后为实测值，与同水位流速仪法水位流量关系线查的值为线推值，三种检验都通过，标准差3.39%，系统误差0.2%。检验结果符合《声学多普勒流量测验规范》（SL337-2006）中随机不确定度在中水时不大于6%，低水时不大于9%规定，系统误差满足–2%～1%的要求。
4 问题与建议
ADCP水深应用范围与仪器性能，含沙量大小，泥沙粒径大小等都有关系，其中含沙量对仪器影响最大，所以在具体测验中很难确定ADCP的水深适应范围，只能以仪器入水后运行情况是否正常来进行判断。
5 结束语
华县站断面情况和现有过河缆道设施都适合ADCP测验。在非汛期和汛期平水期进行ADCP流量测验，流量范围为53.8m?/s～341m?/s，含沙量范围为6.34kg/m?以下。流速仪法和ADCP法流量相关关系为：Q流速仪=1.032QADCP。
参考文献
[1] SL337-2006.声学多普勒流量测验规范[S].北京：中国标准出版社，2006.
