基于H-ADCP的河道断面多层流速测量与流量计算

河道断面流量准确、高效监测一直是水文在线监测的重点,为解决因断面流速分布数据收集难度大,指标流速公式建模困难,现有在线测流技术普遍存在流量计算误差偏大的问题,提出了一种基于H-ADCP河道断面多层流速测量方法,并结合部分流量累加法给出了测量区和盲区的流量计算公式,以及基于此法的在线测流系统技术实现过程。以南水北调中线渠首陶岔水文站测验断面为例,将基于此法的流量计算成果和走航式ADCP实测流量成果进行了误差分析。结果表明:此法构建的在线流量监测系统有较高的测量精度,时效性好,对H-ADCP流量在线监测应用推广有较好的借鉴意义。     

双探头H-ADCP在线流量监测系统在西江黄金水道流量监测的应用初探——以梧州水文站为例

梧州水文站上游约2 000 m是干流浔江与支流桂江交汇处，下游170 m为云龙大桥，水流形态复杂，实现流量在线监测是一大难题。尝试基于回波强度判断H-ADCP单元流速的有效性，通过建立双探头H-ADCP不同单元流速组合计算的指标流量与断面流量模型及水量计算分析来研究双探头H-ADCP在线流量监测系统在西江黄金水道梧州水文站河段的适用性。结果表明，水位在3.29～22.31 m,指标流量在3 270～39 500 m³/s时双探头H-ADCP在线流量监测系统可在梧州水文站应用。     

H-ADCP在平原水网区河道站流量测验中的应用试验

研究了H-ADCP在平原水网区河道站流量测验中的适应性：通过与缆道流速仪法同步测量,分析仪器在不同安装高度、不同水位级、不同水流情势下,对河道流量测验的影响,掌握应用H-ADCP测得流量与缆道流速仪法测得流量之间的变化关系。正确应用H-ADCP进行河道流量测验,实现河道流量在线监测和数据远程传输,推进水文测验自动化建设进程。     

湖北清江高坝洲水文站流量自动化监测实践

传统流量测报方法受工程调度、水位流量以及测验断面形态等因素的影响,存在测量效率低下、施测误差较大等问题。通过近几年对湖北高坝洲水文站流量自动化监测的探索、实践、改进和完善,采取新建H-ADCP监测台、改进仪器安装方式、升级设施、优化流量率定和计算过程等措施,该站实现了高精度在线监测和自动报汛。应用实践表明:通过流量在线监测可获得河道流量的变化过程,大幅提高了水文成果精度,同时降低了员工劳动强度,对于水文监测信息化创新实践具有一定的指导意义。     

草堰水文站H-ADCP流量测验比测分析

通过比测建立H-ADCP代表流速与断面平均流速的相关关系并进行三种检验、定线精度分析,确定H-ADCP生产应用的可行性。草堰水文站采用走航式ADCP进行H-ADCP流量比测,对H-ADCP代表流速与断面平均流速关系线进行定线精度和合理性评定,结果可应用于草堰水文站的流量测验、报汛及资料整编,实现草堰水文站在线流量自动测验,可为水文测报方式改革提供技术支撑。     

H-ADCP流量在线监测系统软件设计与实现

受水利工程的影响,天然河流水文测验条件发生了很大变化,采用传统的水文测验方法获取河流断面完整的水文要素变化过程,势必要加大测次、增加成本。由于H-ADCP无法利用RTU进行数据测报与远程控制,其推广应用受到限制。采用H-ADCP进行流量在线监测是解决水利工程影响下流量测验的重要途径之一。长江水利委员会水文局在深入研究H-ADCP所带软件的基础上,研发了通用的H-ADCP在线测流系统。系统开发实现了H-ADCP远程控制在线监测及数据传输,具有较好的应用前景。     

回水影响下H-ADCP在线流量监测系统的应用分析

水文测站受回水影响,水位-流量关系复杂,采用连实测流量过程线方法推求流量,存在工作成本较大且无法掌握流量实时变化过程的问题。本文以坝上水文站为例,使用H-ADCP进行流量实时在线监测,率定H-ADCP流速关系并进行流量及整编成果分析,发现H-ADCP在线流量监测系统在受回水影响的监测站点应用情况较好,但应用时需注意数据监测、断面更新及负流速时流量数据处理等问题。     

H-ADCP流量监测系统在瓶窑水文站的应用探讨

流量是进行洪水预报和水资源计算的前提,是水文分析服务深化的重要领域。流量监测目前以传统的人工监测为主,需要大量的人力和物力,很难实现重要河道的日常监测,自动测流技术可有效破解目前的困境,是当前水文自动化发展中的重要课题。以瓶窑水文站流量监测为例,介绍H-ADCP流量监测系统的原理和安装位置,对H-ADCP测验的指标流速和平均流速进行相关分析,建立两者之间的相关关系,并对关系线用实测数据进行验证,验证结果较好,符合水文测量规范,可用于实际的河道流量监测。     

采用流管元测量冰期流量及流速分布的方法

北方河流冰期测流需要在冰盖上沿断面打孔,再测量各孔垂线流速分布,最后通过流速积分得到冰盖下的总流量。这种传统的冰期测流是一项耗时耗力且高风险的工作,限制了冰期流量流速资料的采集。本文基于流管元法和爱因斯坦的断面分区方法,提出一种基于理论公式的冰期测流方法。该方法被用于实验条件下复式断面的流速分布和黄河不同断面的流量计算。结果显示新方法获得的断面流量、单宽流量分布和水深平均的流速分布与实验值和现场观测值符合良好。基于流管元的冰期测流方法能广泛用于明流、部分冰封和完全冰封河道断面的流量及流速分布测量,能有效减少冰期测流工作量、提高测量效率,进而减少测量人员安全风险,可在水文观测中推广应用。     

水文站流量在线监测方法研究进展

在分析现有水文站流量在线监测实现途径的基础上,综述了流量在线监测中流速面积法和水力学法的最新研究进展。依据通过局部流速计算断面流量原理的不同,将基于流速面积法的水文站流量在线监测方法分为指标流速法、流速分布模型法和表面流速法3类。并对比分析H-ADCP法、V-ADCP法、二线能坡法、雷达法、粒子图像法、量水建筑物法及水工建筑物法的优缺点,指出在提高在线监测精度、改善稳定性和促进应用3方面应进行进一步深入的研究。     

H-ADCP流量数据分析处理系统的设计与应用

随着H-ADCP在水文在线测流中的广泛应用,对其测量数据的质量评估和流量计算的精度提高变得愈加重要.将H-ADCP实时数据采集处理、数据质量评估分析、指标流速率定分析以及流量计算等功能有机结合在一起,研制出一套H-ADCP流量数据分析处理系统.通过分析处理测流原始数据,评估出每组H-ADCP测流数据质量的量化指标.通过持续录入人工实测流量数据,自动通过回归分析方法不断计算优化指标流速关系,通过优化后的关系式重新计算历史流量数据,持续提高测流精度.     

流量实时监测代表垂线法应用探讨

代表垂线法具有提升水文监测技术手段和防汛测报的快速反应能力,提高通航河道监测效率,简化测验方法等特点。通过从流速仪精测法实测流量中筛选出代表垂线,对实测垂线平均流速与实际断面平均流速进行横向比较,经过误差分析,确定垂线的平均断面流速和实测断面平均流速之间相关关系。经数据检验后,结果满足《水文资料整编规范》标准要求。代表垂线法可以提高流量测验效率,缩短在中高水期间通航河道流量监测时间,实现流量实时监测,为防汛救灾指挥部门提供及时、准确的水情信息。     

感潮河段流量在线监测系统精度控制方法分析

感潮河段水位流量时空变化复杂，可运用在线监测系统实现流量整编。为提高流量在线监测系统的测验精度，利用实测数据从代表流速精度控制、断面面积精度控制、代表流速拟合方案优选等3个方面对可能导致结果产生误差的因素进行分析。结果表明：通过合理比选代表流速位置、进行代表流速断面投影、适当延长定点ADCP测速历时、对数据进行平滑处理以及优化选择面积测量方式等，可以有效保证模型精度，满足水文整编规范要求。     

大样本数据模型方法在中小河流流量测验中的应用

目前大部分中小河流采用传统流量测验方法,如流速仪法、浮标测流法、指标流速法、比降面积法等,这些方法存在投入大、测量过程耗时的问题。结合传统断面流量计算理论和最新表面流速测验技术,提出了通过表面流速、断面水位大样本数据输入,确立河道断面水位-流量关系曲线的方法。该方法可以通过少量实测中高水位、流量数据,基于大样本数据输入模型计算流量,从而快速分析河道水位-流量关系特性,拟合出水位-流量关系曲线。与传统方法相比,该方法减少了拟合水位-流量关系曲线需进行的流量测量工作量,减少了测量过程带来的误差,从而提高了测量精度。该方法的优势体现为操作简单、精度高、成本低。     

基于生态流速推求河道生态流量的方法研究

生态流量拟定是保护和修复河湖生态环境的重要基础。结合我国水文观测经验和鱼类研究现状,以西江梧州水文站为例,当已知晓适合生物生存、繁殖的断面平均流速(即生态流速)时,提出由河道横断面地形数据、水位流量关系推求生态流量的图解法。结果表明,计算的梧州水文站4月~9月鱼类繁殖期生态流量5036 m^(3)/s与已有成果相接近,计算结果合理,推求生态流量的图解法计算简便,可为河道生态流量的拟定提供参考。     

基于ADCP代表流速法“1+1”的多平台流量测验比测研究

为提高回水项托河段流量测验精度,有力支撑巡测管理,提出了基于ADCP代表流速法“1+1”的多平台流量测验方法,并在汉江中游干流控制站余家湖水文站进行了应用。“1+1”表示水平式ADCP(H-ADCP)和垂直式ADCP(V-ADCP)方法,即通过收集走航式ADCP实测流量成果与同时段H-ADCP、V-ADCP的测验成果,建立实测断面平均流速与H-ADCP代表流速以及V-ADCP代表流速的相关关系。通过比较不同回归方程的计算精度,确定最优回归方程,并对相关关系定线精度进行检验。结果表明：符号检验、适线检验、偏离检验的结果分别为0.45,0.61和0.34,相关关系定线精度符合规范规定要求,说明基于ADCP代表流速法“1+1”的多平台流量测验方法在余家湖水文站的适用性良好,具有一定的推广价值。     

宜昌站H-ADCP流量关系率定及应用

受葛洲坝和三峡水利工程的影响,宜昌站水位流量关系曲线局部变形或扭曲更加频繁。对合理选择流量测验时机和控制好测量数据代表性等提出了更高要求。针对传统测流方式存在的监测频次偏少、无法准确反映流量变化过程等问题,建立了H-ADCP在线测流系统。根据2017年收集的8个月测流资料,建立指标流速与断面平均流速线性回归模型,并结合水位和河底高程求得过水断面流量。将2018年H-ADCP测得的指标流速,用建好的线性关系进行推流,并检验模型合理性。与实测流量对比表明,该模型拟合效果较好,计算精度较高,可广泛应用于流量实时监测。     

H-ADCP代表流速与断面平均流速拟合精度研究

水平式声学多普勒流速剖面仪(Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler,H-ADCP)能实现流量在线监测,在其应用中,代表流速与断面平均流速的关系直接决定了H-ADCP流量测验的精度。为提高H-ADCP代表流速关系拟合精度,以小河坝水文站为例,研究了粗大误差剔除、线性回归损失函数、代表单元格选取对拟合精度的影响。结果表明:(1)粗大误差对拟合精度影响较大,在进行代表流速关系拟合前,需对其进行剔除;(2)以相对误差平方和最小作为损失函数,不仅更符合水文实际,也能提高拟合精度;(3)选择各单元格流速参与建立多元线性回归关系,可使H-ADCP流量测验的物理意义更加明确,并能有效提高拟合精度。     

黄尾河水文站侧扫雷达在线流量比测率定分析

通过黄尾河站测验断面人工监测流量与侧扫雷达在线流量比测及误差分析,按照水文统计学原理进行计算,分析两者之间相关关系,率定相关关系式,解决侧扫雷达在线测流用于黄尾河水文站测验时流量计算问题,成果的应用将会给该站河道流量测验带来革命性的变化,缩短流量测验历时,减轻职工劳动强度,提高工作效率。     

流速面积法计算断面流量的探讨

根据流量模型原理导出了部分流量标准值公式。公式理论上正确,物理意义明确,加上岸边流量系数,构成了完整的断面流量计算方法。实例验证表明：该方法符合天然河道实际情况,精度有保证。分析指出了流量国标法在计算部分平均流速时假定部分宽内垂线平均流速呈直线变化只能在矩形断面中应用,应用于天然河道是不合理的,由此导致了部分流量系数偏小,同时还有岸边流速系数欠准确的问题。因此,建议流量国标采用导出的部分流量标准值公式。