南宁ADCP比测报告

南宁(三)站声学多普勒流速剖面仪 与常规流速仪比测资料分析成果

南宁(三)站于2004年6月上旬配置了RS-1000型走航式多普勒流速剖面仪，并于2004年6月至2005年6月与常规流速仪进行了比测，根据(水文站[2004])30号)《广西壮族自治区水文水资源局走航式多普勒流速剖面仪与常规流速仪比测工作暂行规定》的通知要求，现将比测资料分析如下：

1、基本情况

南宁(三)站使用的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是由YSI/SonTek公司生产的走航式多普勒流速剖面仪(RS—1000型)，仪器安装在该站测船的右舷，距离船首约3米，离船体0.5米。由于是金属船体，在比测之前做了罗盘校正工作，ADCP换能器入水深度为0.2m，仪器轴线垂直向下, 多普勒流速剖面仪的安装、使用情况符合有关规定要求。

2、ADCP主要技术参数

RS—1000型ADCP主要技术参数。工作频率：1000 kHz；换能器发射角：25°；测速范围：±0.01～±10.0 m/s(水平方向)；速度分辨率：0.25 cm/s；测深范围：1.2～40 m；盲区：0.5 m；深度单元厚度：1.0 m；深度单元个数：20～25；声速：1520.9 m/s；水体温度：20.0°；水体含盐度：34.5 ppt；

3、比测情况

每次比测时，先用ACDP来回一趟施测两次流量作为一组流量，两次流量误差应小于5.0%，然后，用常规流速仪施测一次流量，最后再用ADCP来回一趟得两次流量，误差也应小于5.0%，若前后4次流量值的变幅不大于平均值的10.0%，则取该平均值作为ADCP测定的流量，与常规流速仪测定的流量进行比较分析。

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ADCP比测位置在流速仪测流断面处，测船尽可能沿着测流断面线匀速横渡施测，测验时测船平均速度力求小于或等于水流流速；流速仪测流采用常测法，每条垂线用0.2、0.8水深两点测速。

ADCP换能器入水深度为0.2m，入水深度虽较小，但测流过程中不发生换能器露出水面，产生“空蚀”现象，从而保证了测验精度。

4、流量比测资料

2004年6月～2005年6月共有28份流量比测资料，其中ADCP施测 104次(见附表1)，第14、15次只施测2次，即1个来回；第16、17、18、20测次只施测3次，即比测之前1个来回，常规流速仪流测流过后，只测1次，测次不完整原因是多方面的，主要是低水测船航速不好控制，1个来回流量误差容易超过5%，且比测工作时间过长。此外，第8、16、18测次各有一组流量误差也超过了5%。

低水位(61.50m)以下，有6次比测成果资料，中水位(61.50m～68.50m)比测成果资料有16次，高水位(68.50m)以上有6次比测成果资料；流量比测资料的最高水位为70.59m，最低水位59.95m，水位变幅为10.64m，占南宁(三)站历年实测水位变幅61.5%(实测最高水位77.18m，时间2001年7月8日；实测最低水位59.88m，时间2005年3月21)。

5、流量比测资料分析

(1)组流量资料分析。ADCP共施测 104次，除第14、15、16、17、18、20测次只有1组流量相比较外，共有50次组流量相比较，流量误差小于5%的有47次，合格率94%，大于5%有3次，占6%，误差大于10%的没有，见附表1。

(2)次流量与份流量比较。104次ADCP次流量中除第8、16、18共有4次流量与份流量误差超过5%外，其余次流量与份流量误差均小于5%，占96.2%；次流量与份流量最大误差为6.0%；1次比测前后4次流量的流量变

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幅除第16、18测次大于4次流量的平均值(份流量)的10%外，其余26次测次小于10%，合格率92.9%，见附表1。

(3)常规流速仪测定的流量与ADCP测定的流量资料分析：28次流量比测资料中，低水位6次、中水位16次、高水位6次，相对误差不大于5%的有26次，占92.9%，其中，低、高水流量各有1次相对误差超过5%，中水位流量相对误差均不超过5%，ADCP份流量与常规流速仪流量测量相对误差最大为：5.95%，最小为：0.22%；累积频率75%的误差为1.52%，不大于5%，系统误差为-0.7%，不大于1%。低水位流量改正系数为K低=0.9845、中水位流量改正系数为K中=1.0090、高水位流量改正系数为K高=1.0078，平均改正系数为K =1.0078，见附表2。

根据常规流速仪流量与ADCP流量比测成果资料拟合的直线相关方程为：

Q流速仪 =1.0289QADCP-26.723，相关系数R为0.9994，相关性很高，见附图1；

对常规流速仪流量与ADCP流量拟合的直线进行符号、适线、偏离数值三项检验，检验结果见附表3，三项检验均合理，拟合直线的标准差为3.37%，小于规范要求的9.0%，系统误差为-0.7%小于规范要求的1.0%，流量拟合直线精度符合规范要求。

6、ADCP应用情况及存在问题 (1)ADCP应用情况

ADCP在南宁站的流量比测表明：①ADCP测验方法与常规流速仪相比具有以下特点：常规速仪法是静态方法，流速仪是固定的，ADCP方法是动态方法，ADCP在随测验船运动过程中进行测验；常规流速仪法要求测流断面垂直于河岸，ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸，测船航行的轨迹可以时斜线或曲线；②不扰动流场，测验历时短、测速范围大，抗飘浮物强，测验风险小、测验数据量大,保养维修简单，不用上油清洗。

上述资料表明ADCP在南宁(三)站的应用是良好的，在南宁(三)站用

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ADCP替代常规流速仪测流是可行的，是具有较高的精确度，同时与常规流速仪测流资料具有很高的相关性。

(2)存在的问题

①、由于ADCP与常规流速仪测验方式的不同，造成测验时间的不一致，像南宁站常规流速仪一般需要1.5～2.5小时，而ADCP则需要5～15分钟则可，时间上的差异，导致测时水位不一致，特别是大洪水的水位变化大出现差异，导致比测流量误差加大；

②、南宁(三)站的ADCP没有配备测距仪，两岸边的水边距靠目测出来，通过比测发现，一般都出现10～20m的误差，往往需要进行岸边距订正，建议有ADCP测量仪的水文站最好配备光学或电子测距仪，以提高测量精度；

③、软件应用方面主要是断面面积、断面平均流速、最大流速、最大水深等各项计算指标没有显示，不利于与流速仪流量指标比较，也不利于今后的资料整编。

7、结论

通过ADCP与常规流速仪进行流量比测资料分析，得出常规流速仪流量与ADCP流量的相关方程为：Q流速仪 =1.0289QADCP-26.723，相关系数R为0.9994，ADCP与常规流速仪流量比测各项误差较小，具有较高的精确度。单份测量相对误差96.2%在5.0 %以内，与流速仪流量相对误差92.9%在5%以内。

ADCP在南宁(三)站的流量比测表明，在南宁(三)站用ADCP替代常规流速仪测流是可行的，是具有较高的精确度的，同时与常规流速仪测流资料具有很高的相关性，ADCP可以正式作为流量测验仪器使用。

二○○五年七月十八日

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