殷紅婷

(安徽省蕪湖水文水資源局,安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

科技的快速發(fā)展促進了水利智能化建設(shè)速度,提高了水利樞紐、設(shè)施的監(jiān)督管理效率,降低了人員的工作強度,對水利行業(yè)快速發(fā)展具有重要的促進作用[1-3]。自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性對水利工程的運行調(diào)度影響較大,當監(jiān)測數(shù)據(jù)與實際情況差距較大時,可能誤導人員判斷,從而降低水利工程的使用效率,甚至造成災(zāi)害等嚴重后果。因此,保證監(jiān)測數(shù)據(jù)與實際情況的符合性是非常必要的。

流量作為重要的水文參數(shù),是流域防洪調(diào)度等不可缺少的數(shù)據(jù)資源。在線流量監(jiān)測系統(tǒng)在較多工程中得到應(yīng)用,取得良好的效果,監(jiān)測系統(tǒng)的率定是非常重要的工作[4-6]。本文結(jié)合郎溪水文站實際情況,對在線流量監(jiān)測系統(tǒng)率定進行初步分析。

1 測站基本情況

郎溪水文站位于安徽省宣城市郎溪縣東門埂,設(shè)立于1951年。設(shè)立初為水位站,2009年升級為水文站,與郎溪(山腳底)共同控制集水面積2 209km2。郎溪水文站是郎川河入南漪湖控制站,國家基本水文站、二類精度站。測驗河段順直長度約300m,左岸為南豐圩堤防,右岸為城市防洪墻,斷面控制良好。斷面處為單式河床,河床由泥沙和壤土組成, 較穩(wěn)定。上游80m處有一彎道,下游約200m處為宣郎公路橋,下游16km為南漪湖。站以上流域洪水主要由暴雨形成,暴雨多發(fā)生在4-9月份,主要為梅雨鋒型和臺風雨型,其中又以6-7月份出現(xiàn)面積廣、強度大的梅雨型暴雨機會最多。洪水期南漪湖水位較高時,易受其頂托影響,洪水持續(xù)時間較長。

2 流量在線監(jiān)測系統(tǒng)情況

郎溪水文站流量在線監(jiān)測系統(tǒng)于2023年1月完成安裝調(diào)試,該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計成3層架構(gòu),主要有信息采集層、數(shù)據(jù)處理層、信息應(yīng)用層組成。見圖1。

圖1 流量實時在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)拓撲圖

郎溪站采用2臺聲學多普勒流量剖面儀(ADCP),型號為LK-P2000的測流探頭。郎溪站兩條測速垂線分別位于起點距65、95m處,見圖2。

圖2 流量實時在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備斷面布置圖

選定探頭具體位置后,采用水下打樁方式固定,確保流速傳感器在水下長期保持固定,不因為水流或漂浮物導致設(shè)備角度發(fā)生偏移。

3 率定分析

在線流量的比測分析是一項系統(tǒng)性工作,從設(shè)備安裝調(diào)試完成后開始到在線流量監(jiān)測數(shù)據(jù)真正應(yīng)用到生產(chǎn)有一個漫長的過程。郎溪水文站在線流量監(jiān)測系統(tǒng)在2023年1月完成安裝調(diào)試,開始進入?yún)?shù)率定階段,過程中反復進行參數(shù)調(diào)整,以期達到更好的監(jiān)測數(shù)據(jù)。目前,已完成參數(shù)率定分析的工作。下面通過資料分析,確定該在線監(jiān)測系統(tǒng)是否可以正式投入生產(chǎn)應(yīng)用,見圖3。

圖3 比測率定分析流程圖

3.1 率定分析方法

根據(jù)《聲學多普勒流量測驗規(guī)范》(T/CHES 61-2021)第6.4條規(guī)定,采用郎溪水文站實測流量成果中的平均流速與各測次測流時段內(nèi)在線流量監(jiān)測數(shù)據(jù)的流速平均值進行率定分析,通過兩種流速值,建立關(guān)系曲線并進行誤差分析,按照《水文資料整編規(guī)范》(SL 247-2020)中第5.3.2款規(guī)定的精度進行成果評定。當全部測次不能滿足相關(guān)精度要求時,縮小參與率定分析的實測流速區(qū)間范圍,再進行分析。在線監(jiān)測系統(tǒng)指標流速為起點距30和75m處的垂線流速的算術(shù)平均值,即V在線=(V30+V75)/2。

3.2 率定分析數(shù)據(jù)情況

郎溪在線測流系統(tǒng)自2023年1月運行至今,完成比測流量測驗34次。目前,通過水文站實測整編成果與該測流時段內(nèi)在線流量監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值進行比測分析,對該流量自動監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)進行率定。

3.3 率定分析

3.3.1 流速分布情況

見圖4、圖5。

圖4 起點距65m處流速垂線分布

圖5 起點距95m處流速垂線分布

3.3.2 代表流速與斷面平均流速關(guān)系定線計算表

參與率定測次代表流速與斷面平均流速關(guān)系定線計算的數(shù)據(jù)見表1;部分數(shù)據(jù)未參與計算,見表2。未參與率定的主要原因是流速小、往返閉合性差、無濾波流速數(shù)據(jù)等。

表1 參與率定測次情況

表2 未參與率定測次情況

3.3.3 實測與在線代表流速關(guān)系線圖

實測數(shù)據(jù)與在線代表流速的關(guān)系曲線見圖6。由圖6可知,實測數(shù)據(jù)與在線代表流速之間具有較強的線性相關(guān)關(guān)系。

圖6 實測數(shù)據(jù)與在線代表流速的關(guān)系曲線

3.3.4 關(guān)系線檢驗

關(guān)系線檢驗結(jié)果見表3。根據(jù)檢驗結(jié)果分析可知,符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗均通過檢驗。

表3 關(guān)系線檢驗結(jié)果

4 結(jié)論及建議

1)根據(jù)率定分析結(jié)果,實測斷面平均流速V與在線流速Vcp之間的相關(guān)關(guān)系為V=0.727*Vcp。

2)經(jīng)過檢驗分析,符號檢驗、適線檢驗、偏離數(shù)值檢驗、隨機不確定度均可通過檢驗,系統(tǒng)誤差約為0.06%。

3)建議下一步將上述相關(guān)關(guān)系內(nèi)置到流量在線監(jiān)測系統(tǒng)中,開始進行正式的比測分析工作。