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黄河下游ADCP移动测流应用研究

 

来源: 本站原创   录入人员: 郝相莲 时间: 2020-07-30 [ ] [ 打印 ] [ 关闭 ] [ 收藏 ]

摘要:ADCP指声学多普勒流速剖面仪,是目前较为先进的一种测流设备。为全面掌握便携式测流船应用原理、运行情况,提高科技化测流水平,结合闸后测流设施比测工作,对ADCP测流船的测量精度及在山东黄河供水工作中的应用进行了研究。

关键词:ADCP  测流精度  应用

山东黄河引黄水闸渠首测流多采用传统的人工便桥或缆道式旋浆流速仪,测流历时长,外界干扰因素多,目前仍有个别水闸存在计量不准的问题,既影响了全河水量统一调度管理,也造成了经济效益的流失。为校核各引黄水闸的计量精度,山东黄河河务局供水局引进便携式移动ADCP测流船对各引黄水闸流量测验进行校核,逐步并应用于供水生产检查。

一、ADCP测流船应用原理

相对于介质运动的波源会使观察者接收到的频率有所变化,这种现象被称为多普勒效应。ADCP便是利用这一原理来测量流速剖面,其换能器发射某一固定频率的声波,然后接收水体中颗粒物散射回来的声波。

二、ADCP测流与人工测流比测分析

为检验ADCP测流船在引水计量中的应用情况,便于今后在黄河下游引黄水闸推广使用,研究小组选取5个引黄水闸,利用人工测流与ADCP测流船测流数据进行比测校验,对存在的测流误差,根据ADCP工作原理,分析误差原因并提出解决方法。

(一)比测内容及依据标准

20176月对刘春家、胡楼、小开河、苏泗庄、邢家渡等引黄闸开展了1053次比测。根据各水闸闸门开启高度对不同流量级分别进行流量测验,检验ADCP测流船测量精度、运行情况,并依据人工测流成果对ADCP测流船进行误差分析、调整校验。

(二)比测结果及分析

为避免不同时间段渠道流量的差异,采取ADCP测流船、人工测流同步流量测验,每个流量级下测验不少于3轮次。胡楼闸不同流量的14次测量,在20立方米每秒流量级中出现一次测流误差超过5%,不满足规范要求,其他测量结果均满足规范要求,测量准确度为92.3%;刘春家闸不同流量的12次测量中,在7立方米每秒11立方米每秒流量级中各出现一次误差超过5%,不满足规范要求,其他测量结果均满足规范要求,测量准确度为83.3%

(三)误差分析

根据ADCP自身特点及多次实际操作发现,测验中产生的误差主要来源于几个方面:

1、在操作过程中产生的人为误差,包括航行线路、移动速度、岸边停靠时间、岸边距离等,都会对测量精度产生影响。

2ADCP测流船在含沙量大于10千克每立方米或流速超过15米每秒渠道测流中会产生误差。高含沙量及河底水沙流速快的区域,回波强度衰减快,ADCP的底跟踪容易失效,测得的船速失真,导致流量测验不准。

三、ADCP测流船在供水生产、计量监督管理中的应用

(一)引黄渠首引水计量比测校验。

目前,仍有个别水闸存在渠首计量不实、误差较大和超调度指令引水的问题,既影响了全河水量统一调度管理,也造成了经济效益严重流失。为不断推进引黄供水规范管理、加快发展,我局不定期、不定时利用ADCP测流船对各市河务(管理)局引黄水闸开展飞检、巡查工作,检查各闸管所是否按省局下达的调度指令开闸放水,渠首计量是否存在严重不实、计量不准问题,并对测流误差超过5%的单位下达督查意见责令限期改正,有效的控制多引少报、跑冒滴漏现象的发生,发挥了督查轻骑兵的作用,大大减少了水资源利用效益的损失。

(二)解决入库计量难题

在引黄供水生产中,对不能实行 “两水分供”的水库,通常实行“两水分计”,采取入库计量。利用ADCP测流船对非农业水库开展引水计量,解决了入库计量难题,也可以对水库引水情况开展有针对性的“飞检”巡查,核实引水量,并对引水计量不实的用水户责令补交水费差额,有效的树立了黄河部门的权威。

(三)引黄水闸智能测流系统校验应用

为提高引黄水闸供水计量现代化、自动化、信息化水平,山东局在胡楼、小开河、刘春家等11座引黄水闸安装了全自动缆道智能测流系统。为检验智能测流系统的运行情况及测量精度,2017-2018年省局供水局利用ADCP测流船开展比测。通过比测对智能测流系统测量精度、运行状态进行调整校对,确保新系统测流准确,也为下一步水闸智能测流系统安装推广提供了技术支撑。

四、关于ADCP测流船应用与改进的建议

(一)在现有设备上配备罗经、GPS模块,提高测流精度。

黄河含沙量较高,ADCP“底跟踪”功能可能会失效,这是因为高含沙量的水体对声波能量反射和吸收均增强,使水体中颗粒的回波强度增大到与河底处的回波强度相接近,这时ADCP不能根据回波强度变化曲线来识别河底位置,影响测流精度。为消除或减小上述因素对测流精度的影响,建议采用精度较高的GPS和罗经与ADCP配套使用,减少流沙、杂草、漂浮物对测量的影响,可以大大提高ADCP测流精度,满足现行水文测验规范要求。

(二)改进测流方法,减少测量误差

1、减少人为操作误差。尽量选择在平水期进行比测实验,因为闸门起落后的开始阶段,流量变化较大,建议开闸30分钟后,待水流平稳开始测量;测流时,测流船的移动速度应小于流速,切勿突然加速、急速摆动,形成ADCP的测流盲区;当达到起点或终点位置时,使测流船停止移动,待稳定后准确测量出该点与岸边的距离。

2、多次测量避免由设备内部或外部引起的偶然误差提高ADCP 测流精度。一般情况下要连续3个闭合测量的流量平均值作为最后的测量成果,如在测流中发现测量结果严重不符合实际情况,可以更换时间、断面重新进行测量。

(三)提高ADCP管理运用与实际操作水平

由于ADCP测流船科技含量高,人员操作与日常维护需要一定的专业技术水平,建议定期组织人员开展对ADCP理论知识及实际操作技能的培训,让操作人员对ADCP测流原理、仪器设备安装、测验参数设置、测验过程质量精度控制、数据处理程序以及常见问题等内容的深入学习,减少在实际操作过程中的失误,使其发挥更大经济的效益。

(四)加强在黄河下游引水计量中推广应用

ADCP测流船作为当前最先进的测流仪器具备传统测量无法比拟的优势。具有测流精确度高、用时少、效率高、操作安全稳定、机动性强等特点,进一步减轻了人工测流工作强度,保障测流人员安全,工作效率大大提高。为推进引黄供水计量科技化、信息化发展,建议有条件的引黄水闸配备ADCP测流船,逐步运用到闸后测流和监督检查工作中,进一步提高引黄供水生产科技管理水平。陈彬

责任编辑:田光          


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