SonTek SL500型ADCP在戛旧（二）站的比测分析

熊文华徐晓鹏

（云南省水文水资源局临沧分局，云南临沧6777000）

摘要：为实现水文监测自动化，提供准确快捷的水文信息数据，戛旧_（二）站作为水利部“948项目”比测的一个试点，承担SonTek SL500型ADCP（后简称S5）实时在线数据比测任务，以便为先进的水文仪器的推广应用提供科学有力的数据，为水文现代化建设提供翔实的比测成果。

关键词：流速仪；比测；分析；戛旧_（二）站

1 比测站概况

戛旧_（二）站位于云南省云县漫湾镇，是澜沧江上的干流控制站，地理位置为东经100°28′，北纬24°36′，为收集澜沧江干流基本水文信息，为漫湾电站、大朝山电站调度调蓄及下游防汛和澜沧江的水资源开发利用、水资源保护服务的国家重要水文站。戛旧水文站1957年1月由云南省水文总站设立，2001年1月由于大朝山电站调节水库回水影响上迁8km，称戛旧_（二）站。戛旧_（二）站控制流域面积为108475 km²，测验断面上游3.5km为漫湾电站，下游100km为大朝山电站。测验河段为岩质河床，顺直长约100m，测验断面呈“V”形，两岸边较陡，中低水河面宽在60～70m，高水可达80m以上。受上游漫湾电站的开关放水调节，水流紊乱，受下游大朝山电站回水顶托影响，传统的水文测验已不能满足整编规范要求，全年采用改正系数法推流，受人类活动影响严重。

2比测方法

用SonTek SL500型ADCP（后简称S5）与缆道流速仪法流速比测；用S5与M9型ADCP法流量流速比测；S5与漫湾电厂出库流速比测。分析泥沙、水温对S5所测流速的影响。

S5固定式测量仪器实测的是水平层测量段内平均流速（指标流速），通过建立断面平均流速与指标流速的关系，然后利用测得的指标流速换算为断面平均流速，再将断面平均流速乘以断面面积，即为断面的瞬时流量。为找到水平流速（指标流速）～断面平均流速的关系，需要采用比测和率定的方法来完成。

3比测分析

编制《云南省水文水资源局临沧分局戛旧_（二）站“948”项目ADCP测流仪器比测工作实施方案》，在戛旧_（二）站开展S5的比测工作。

3.1流量比测方式

流量比测根据实际情况调整S5型位置高度进行比测，仪器安置高度（程）为896.90m，比测流量49次；仪器安置高度（程）为895.59m，比测流量37次；仪器安置高度（程）为893.20m，比测次数36次。

流量比测时，每次先用缆道流速仪法测出断面流量，再用走航式M9型ADCP测出该断面流量，然后根据测流平均时间查出电厂出库流量及S5同步流量数据，再对比分析四组流量数据的相关性，最终计算出S5实时在线流量与断面实际流量的相关系数。最后对比每高程的相关系数，综合分析确定断面流量的率定系数。

3.2 抗雷击能力分析

该仪器没有防雷能力，需要靠人工进行干预，因仪器收集资料需一直通电运行，在夜间人为无法预见是否打雷，仪器就无法得到有效保护。

3.3 水位比测分析

由于受电站调节影响剧烈，且数据量较大，选择每日8时的自记水位值为基准，进行S5的水位比测分析。经分析，误差≤0.02m的占24.6%，误差≤0.05m的占41.9%，误差≤0.10m的占74.3%，误差≤0.20m的占91.0%，最大误差0.93m，引起这一误差变化主要是S5主要靠压力探头的感应测量水位，由于电站调节影响剧烈，水位涨落较大，导致某一瞬时水位与自记水位记录误差较大，作为突出点剔除。

3.4 S5与流速仪法比较分析

与缆道流速仪共比测122次，用流速仪法测流时的断面平均流速与S5的平均指标流速建立关系，据仪器安装高程分三个不同高度，分析点绘两者关系。通过分析，不同高程S5的指标流速与流速仪法断面平均流速之间的线性关系非常显著，相关系数分别达到了0.92～0.97。不同高度相关点据相对误差小于等于5%、7%、10%的合格率分别为61.1%、80.6%、91.7%。

3.5 S5与M9比较分析

与M9比测104次。用M9进行测验，施测两个测回共四次流量，取其断面平均流值与S5的平均指标流速建立关系。建立S5的指标流速与M9断面平均流速之间的线性关系显著，相关系数达到0.95～0.96。经分析，不同高度相对误差的合格率为58%、72.0%、88.0%。

3.6 S5与电厂出库流量分析比较

挑选水位较平缓时间段的比测点子，建立二者关系。S5的指标流速与电厂出流平均流速之间的线性关系也显著，相关系数达到0.92～0.98；不同高程相对误差的合格率为45.5%、81.8%、87.9%。

3.7 比测小结

通过分别建立S5与流速仪、M9、电厂出流流速的关系分析，三者线性关系均很显著，相关系数较大，但通过点据的离散程度分析，S5与流速仪法建立的关系略优于与M9建立的关系，而与M9建立的关系略优于电厂出流关系。

经计算分析，系统误差不超过1.0%，符合规范要求。S5与缆道流速仪法测量测量误差平均在2.5%左右，相关较为显著，相关系数高达0.97，说明两者测量结果基本一致，从而说明在受水库冲放水、水位受顶托影响情况下，用S5测流，能基本满足规范要求。

4 误差分析

4.1 三项检验

将不同高程所比测数据进行统计分析、误差计算，其结果为三项检验都通过，系统误差都在1%以内，符合一类精度站要求；而标准差:流速仪法关系为6.9%，M9法关系为7.3%，电厂出流关系为12.6%，超出一类精度站范围要求，引起这一误差偏大的主要原因是上游受漫湾水库调蓄影响，在比测期间水位变幅较大而造成。

4.2 时段水量误差分析

以流速仪法为基准，对S5、电厂出流所推时水量进行误差分析。S5推求的时段水量相对误差在-11.7%～5.5%，时段总平均误差仅为0.8%；电厂出流为推算流量，相对误差在5.5%～16.1%，时段总平均误差达9.4%，偏大较多。

4.3 含沙量对S5的影响分析

由于S5是靠水体中的悬浮颗粒吸收并反射声波，所以水体中的泥沙含量多少直接影响S5的接收信号。通过流速仪、M9、电厂出流与S5比测，同时施测断沙以及在相应单沙取样位置施测单沙，整编得到各时间段断面含沙量，在不同含沙量下对流量测验造成的影响进行分析。从指标流速中无法得出泥沙含量大小对流速测验产生显著影响。从S5所接收到超声波的回波信号强度，即X、Y方向的回波信号强度进行分析。每一行的回波信号强度都大于噪声电平，说明所比测数据在仪器测量范围内，同时说明含沙量变化在0～0.048kg/m³之间时，未对S5流量测验造成影响。

4.4 水温对S5影响

在比测流量时，同时对水温进行观测，以分析不同水温下对S5的影响，比测时最高水温为21.4℃，最低水温为17.2℃，以19.0℃为分界，分别分析在不同温度范围内水温对S5的影响情况。通过分析，水温在17.2～21.4℃之间时，S5信号接收正常;水温在小于19.0℃时，V指标与V流速仪的相关系数为0.97;水温在大于19.0℃时，V指标与V流速仪的相关系数为0.86，说明水温低时V指标与V流速仪的关系要比水温高时好些。

5 比测成果

通过对比分析，缆道流速仪法结果与S5相比，三项检验及系统误差都符合一类精度站要求，且点子离散程度较小，虽标准差超限，但考虑戛旧（二）站受上游漫湾电站调节影响，受下游大朝山水库顶托影响剧烈，导致比测过程中产生较大随机误差，因此标准差超限符合测站实际。通过分析，选择缆道流速仪法作为断面平均流速(Y),与S5指标流速（X）建立的相关方程为比测分析成果，y = 0.7944x + 0.0655。