馬良成，鐘政道

（黃河水利委員會(huì)上游水文水資源局瑪曲水文站，甘肅瑪曲747300）

1 瑪曲水文站基本情況

瑪曲水文站設(shè)立于1959 年1 月1 日，由黃河水利委員會(huì)設(shè)立為基本水文站，是黃河上游的重要控制站。境內(nèi)有140 余條支流匯入黃河，有“黃河上游蓄水池的美譽(yù)”，是黃河上游的主要產(chǎn)匯流區(qū)。在基本水尺斷面上游1 200 m 和下游1 300 m 處均有90°的彎道，高水時(shí)下游彎道和測(cè)驗(yàn)河段可以起到控制作用。水位流量關(guān)系低水時(shí)多為單一線或臨時(shí)曲線，中高水時(shí)多為繩套。

2 走航式ADCP 情況

本次比測(cè)使用的是由美國(guó)德立達(dá)（Teledyne）集團(tuán)TRDI 公司生產(chǎn)的新一代智能流量測(cè)驗(yàn)系統(tǒng)——“瑞譜”型ADCP（配套瑞譜ADCP、GPS 羅經(jīng)、折疊式三體船以及智能自適應(yīng)軟件），是第四代聲學(xué)多普勒流量測(cè)驗(yàn)產(chǎn)品，該設(shè)備具有更小的體積、重量，更加方便的野外測(cè)驗(yàn)和運(yùn)輸。

本次使用的瑞譜ADCP，配備Hemisphere V102 GPS 羅經(jīng)（V102 GPS Compass）一體機(jī)，可以同時(shí)輸出GPS 和方向數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)NMEA 0183 數(shù)據(jù)格式。定位準(zhǔn)確度為亞米級(jí)，定位和方向數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)更新速率10 Hz，可選20 Hz；方向準(zhǔn)確度＜0.75°；電源6～36 VDC，和ADCP 共用電源。定位和方向數(shù)據(jù)送入ADCP。

3 比測(cè)方法

本次比測(cè)采用流速儀法和走航式ADCP 同步進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)，對(duì)兩者測(cè)得流量、流速、面積進(jìn)行比較分析。每次比測(cè)走航式ADCP 使用三體船，采用橫渡法施測(cè)2 個(gè)測(cè)回?cái)嗝媪髁浚ㄔ诹魉賰x法測(cè)流前、后各往返1 個(gè)來回或在流速儀法測(cè)流時(shí)間的中間時(shí)段施測(cè)2 個(gè)測(cè)回），其算術(shù)平均值作為走航式ADCP測(cè)得的流量值，每半個(gè)測(cè)回測(cè)得的流量值不大于2個(gè)測(cè)回算術(shù)平均值的±5%。ADCP 測(cè)得算術(shù)平均值與流速儀常測(cè)法測(cè)得的流量相比較，相對(duì)誤差不超過±5%；比測(cè)隨機(jī)不確定度不應(yīng)超過6%，比測(cè)條件較差的不應(yīng)超過7%；系統(tǒng)誤差不應(yīng)超過±1%，條件較差的不應(yīng)超過±2%。

在施測(cè)過程中該站的走航式ADCP 主要參數(shù)設(shè)置如下：本次比測(cè)ADCP 載體為無動(dòng)力三體船（鉛魚纜道牽引），ADCP 探能器入水深采用0.08 m；岸邊系數(shù)斜坡采用0.7、陡岸采用0.8；水深修正一致使用River Depth Source 中的Composite(VB)；冪函數(shù)指數(shù)使用流量測(cè)量質(zhì)量控制和管理軟件Q-View 推薦值；聲速采用固定聲速1 450 m/s。

4 比測(cè)資料分析

本次比測(cè)試驗(yàn)從2017 年7 月至2018 年9 月，共測(cè)得34 組比測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。測(cè)得水位變幅范圍為1 994.19～1 997.08 m；實(shí)測(cè)流量變幅范圍為259～1 800 m3/s。

表1 流速儀法與ADCP 測(cè)得的斷面流量比對(duì)分析

4.1 流量比測(cè)分析

通過表1 進(jìn)行綜合分析得出：34 次比測(cè)試驗(yàn)流量相對(duì)誤差均在±5%范圍內(nèi)，合格率為100%；系統(tǒng)誤差為+0.69%，標(biāo)準(zhǔn)差為2.16%，不確定度為4.32%，符合《河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范》中4.1.2.3 條比測(cè)隨機(jī)不確定不應(yīng)超過6%，系統(tǒng)誤差不應(yīng)超過±1%的規(guī)定。

以流速儀實(shí)測(cè)流量值為縱坐標(biāo)，以ADCP 實(shí)測(cè)流量值為橫坐標(biāo)，建立Q0～Q1相關(guān)關(guān)系（見圖1）。兩者相關(guān)關(guān)系很好，相關(guān)系數(shù)為0.997 1，具有很高的擬合度，其相關(guān)公式：

圖1 流速儀實(shí)測(cè)流量與ADCP 實(shí)測(cè)流量相關(guān)分析圖

4.2 斷面面積分析

通過表1 進(jìn)行綜合分析得出：34 次比測(cè)試驗(yàn)面積相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)，合格率為100%，系統(tǒng)誤差為-0.01%。

以測(cè)深鉛魚實(shí)測(cè)面積值為縱坐標(biāo)，以ADCP 實(shí)測(cè)面積值為橫坐標(biāo)，建立A0～A1相關(guān)關(guān)系（見圖2）。從圖2 可以看出，兩者相關(guān)關(guān)系很好，相關(guān)系數(shù)為0.996 9，具有很高的擬合度，其相關(guān)公式：

圖2 鉛魚實(shí)測(cè)面積與ADCP 實(shí)測(cè)面積相關(guān)分析圖

4.3 平均流速分析

通過表1 進(jìn)行綜合分析得出：34 次比測(cè)試驗(yàn)流速相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)，合格率為100%，系統(tǒng)誤差為+0.82%。

以流速儀實(shí)測(cè)平均流速值為縱坐標(biāo)，以ADCP實(shí)測(cè)平均流速值為橫坐標(biāo)，建立V0～V1相關(guān)關(guān)系（見圖3）。從圖3 可以看出，兩者相關(guān)關(guān)系很好，相關(guān)系數(shù)為0.988 9，具有很高的擬合度，其相關(guān)公式：

圖3 流速儀實(shí)測(cè)流速與ADCP 實(shí)測(cè)流速相關(guān)分析圖

5 結(jié)論

瑪曲（二）站走航式ADCP 進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)主要采取鉛魚纜道牽引三體船攜載ADCP 及配套設(shè)備進(jìn)行，能保證船速、航跡穩(wěn)定。河段洪水漲落緩慢，流速小，為ADCP 的測(cè)驗(yàn)提供了良好的條件。

從比測(cè)資料分析可以看出，走航式ADCP 在瑪曲（二）站測(cè)驗(yàn)精度符合規(guī)范要求，具有良好的應(yīng)用條件，可作為瑪曲（二）站主要的測(cè)流方式。經(jīng)綜合分析，走航式ADCP 完全可在瑪曲（二）站使用，水位變幅為1 994.19～1 997.08 m、流量為259～1 800 m3/s 范圍內(nèi)投產(chǎn)使用，作為瑪曲（二）站流量測(cè)驗(yàn)的常用手段。