Argonaut-SL流量计在马口水文站的应用研究

0前言珠江三角洲网河区既受上游来水影响，又受出海口门潮汐上溯作用，水流运动复杂，加上近年来人类活动及河道自然演变采用常规水文测验方法，不仅工作量大、时效性差，连水文资料都无法进行整编，根本解决不了珠江三角洲各河道水量分配、网河区水量平衡等问题。为此，2006年4月广东省水文局佛山分局引进了美国SriTek公司“淘金者一SL（AgnautSI）500kHz型侧视式声学多普勒流速剖面仪似下简称S流量计）安装在马口水文站进行试用研究。

实践证明，该套仪器能较好地解决上述问题，有效地为珠江三角洲的水资源调度、防洪规划、调水压咸等提供实时、准确的水文信息。

1SL流量计简介11测流原理将S流量计固定在河流的岸边或跨河桥梁桥墩的侧面水下某一固定高程，水平发射某一固定频率的声波，根据多普勒频移原理，对发射和接收的信号进行处理，可以得到某一水层的流速分布，将该水层某一水平段的平均流速（即指标流速）与断面平均流速建立关系，借助断面水位一面积关系曲线，推算出断面流量。

12流量计选型SL流量计有3个传感器，其中2个水平的用来测量水体流速，1个垂直向上的用来测量水位。S4流量计与电源信号传输电缆、计算机构成一套完整的流量在线监测系统。仪器本身内置4MB内存，可存储200000个数据用户可以根据工作需要选择实时在线采集数据或定期提取数据。

3000等3种型号，其技术参数见表1根据表中3种仪器型号的技术参数结合马口水文站实际情况（下面介绍）选择AgnautX500kHZ流量计较为合适。

表1AgnutSL流量计技术参数频率型号换能器水平25*交角两波束，二维流速测量测量范围分辨率准确度实测流速之士1%，士05m/s水平测量距离垂直测量水深准确度士0功耗（工作状态）电源13安装水深在仪器安装前，必须查测安装位置附近河流大断面情况，选择合适地点。选择仪器安装深度时，原则上要求在*低水位时，避免波束向上碰到水面，向下碰到河底，否则会影响测量数据的精度。一般来说，安装位置深度为该地点历史*低水位以下1~2m（视仪器*大水平测距而定）通常，安装仪器时尽量选择有代表性的位置，在水下尽可能与水面平行且水平发射方向垂直于水流流向，要求纵摇〈士2*横摇〈士5°。当仪器安装不完全水平或垂直时，系统软件会自动进行流速矢量校正。

14日常维护一般情况下，i流量计基本上不需要维护而仍然保持可靠的性能。在珠江三角洲网河区，日常维护*主要是防止贝壳类生物的损坏和防雷两个方面。

贝壳类生物对水下仪器的沾污和损坏是*常见的，一定程度上会影响仪器的性能。一方面，采取定期清洗仪器表面；另一方面，在仪器旁边粘贴一小块锌板，可以有效地防止它们的侵蚀。

春夏季节，雷电较多，破坏力强。仪器在防雷方面可采取以下办法①使用直流电供电；②电缆线内层含有信号屏蔽网并套管埋地；③在仪器内部接口部分安装光电隔离器。另外，加强日常管理，在雷电来临前，切断一切电源和断开连接的电缆线。

2应用实例21马口站概况马口水文站是一类精度的水文站。马口站位于西江干流水道，是西、北江在思贤沟通后水流注入珠江三角洲的重要控制水文站，其位置见汛期，西、北江上游雨量充沛，来水丰富，峰高量大，洪水特性明显。枯季则相反，潮汐现象显著。根据多年实测资料分析发现，当水位>200m时，受洪水的影响明显；当水位〈080m时，潮汐现象显著。水位级在080200m之间，定为潮洪混杂期，多数出现在汛初前后的3―4月份或汛末9一10月份。

洪水期，马口站受西、北江洪水组合的影响。或单江发生洪水，或两江同时发生洪水，或两江洪水一先一后，且两江洪水量级各异，其遭遇后水流情况更复杂，水位流量关系主要受洪水涨落影响，按清水河有关规范进行水文测验和资料整编。受潮洪混杂影响下的测验河段，水流复杂，洪水特征与潮流特性交替呈现，彼强此弱。涨潮时，水位流量关系呈现受变动回水影响的特点；退潮时，水位流量关系呈现洪水退水的特点。到目前为止，有关的规范都没有明确这方面的测验方法，一般采用多年实践经验总结出来的传统方法一特征时机法（峰后2h或谷后1h）布置测流，按清水河有关规范进行资料整编。枯水期，采用代表线流速仪法进行潮流量组合测验（一年3个组合，每个组合18天）和全潮要素相关法进行定线推流，工作量很大。

该站附近河段比较顺直，流速仪测流断面中泓附近河底高程（珠基下同）为一22一25m之间，水面宽变幅为700900m之间，历史*高水位1006m（50年一遇洪水），水位变幅多年平均为7.65m年*大变幅为1037丐历史*低水位一063m历史*大洪峰流量53200m/s（超200年一遇洪水），*大测点流速406m/，s*大涨潮流量一6340m/，s*大断面平均含沙量352kg/m3.22S流量计安装调试221安装本次选用美国SoTek公司生产的500kHzSL流量计。

该仪器安装在西江干流水道左岸马口水质自动监测站（新自记台）护栏外侧，采用直径100mm长6m的不锈钢作为套管，传感器安装固定点的高程为一2625m纵摇为00°，横摇为一28*见安装完毕，将电源通讯电缆线从水下传感器引到自记台，再与RS32电缆驳接，一直引到办公室内，所有电缆均穿入钢管埋地以作保护，见。

办公室自记台供电电脑蓄电池电源/通讯电缆SL流量计流量计连接示意22参数设置根据实际需要，对i流量计系统软件的主要参数进行设置①指标流速的采样单元1282m②采样历时300S③采样间隔600S④增加多流层剖面模式设定，盲区2丐流层10个，每流层10m23率定分析231测验方法水位。采用清（潮）水河的观测方法，以自记式水位计记录为准。

（潮）流量。采用船载走航式ADCP进行流量测验。

根据不同水流特性，选择合适时机进行，测船航速控制在130m/s汛期按洪水涨落变化布设测验，枯水期则以每半小时沿基本水尺断面往返走测一个来回，起始及终了位置用目测定位。若往返流量误差在士5%以内，取其平均值作为该次断面流量，再除以相应的过水面积，得到断面平均流速；若超过士5%，则加测一个测回，以判断流量是否在短时间内变化较大。

232资料整理分析水位比测分析。本次水位比测选择不同水流条件下的时段进行，以日记式水位记录为准，与1流量计水位记录比对，其结果令人满意。汛期，选取出现年*高水位、年*大含沙量和洪水*大涨率3个时段，水位差值均在02m内；枯水期，选取初一、十五大潮期附近，水位差值基本在02m内，在急涨、急退的潮腰处，个别时段水位差值超过3m（因为在潮水位变化急剧处，水位变幅达3040m/h）9月因受台风影响，北江、西江先后或交替发生洪水。马口站实测年*大流量*（7月19日）、*大断面平均流速188m/s（7月19日）、年*大含沙量（单沙）0高水位672m（7月19日）。本次率定测验工作共收集77个测次（见表2）率定期间水位变幅为018653m断面平均流速变幅为035178m/s经人工定线和误差统计分析，定线精度满足要求（其中，①线反映受北江来水影响较为明显的相关关系，②线反映受西江来水影响的相关关系）。

表2定线精度统计表线号系统随机不相对误差三线检验误差/确定度/合格率/%①线通过②线通过c枯水期率定分析。2006年10月8―9日（农历十七至十八日）大潮期进行枯水率定工作。马口站水位在10m以下，河流平均含沙量为0024kg/m3.本次率定测验共收集66个测次，实测流量变幅为一48907050m/，s断面平均流速变幅为一033049m/，s经手工定线和误差统计分析，系统误差为一034%〈3%，随机不确定度为1374%〈22%，并通过三线检验。根据有关技术规范要求，Vp<士Q10m/s可以不参加统计，相对误差<士7%的合格率为91.8%，相对误差<士10%的合格率为951%（若全部测点参加统计，相对误差<士7%的合格率为87.9%，相对误差<士10%的合格率为909%）。见53枯水验证31原定关系曲线的检验2008年2月23日一3月10日（农历十七日至次月初三日）进行常规代表线法潮流量组合测验，同时对1流量计率定的原关系线（2006年）进行验证。马口站水位在一053092m之间，河流平均含沙量为0012kg/m3.本次测验共收集16个测次，实测流量变幅为一49906880m3/，s断面平均流速变幅为一034047m/s关系点据与原关系线较吻合（见）且通过验验。32流量精度比较通过对该潮流量组合测验资料进行整理分析，采用常规推流法、SL流量计两种方法计算的成果与实测的日平均流量进行比较，成果见表3精度统计结果为①常规推流法相对误差<*10%的合格率为589%，相对误差<*7%的合格率为353%；②SL流量计相对误差<*10%的合格率为824%，相对误差<*7%的合格率为706%表3流量精度对照分析表日期实测日平均流量/SL流量计日平均流量/相对误差/推流方法日平均流量/相对误差/%一36一63平均一39可见，L流量计成果误差较小，精度较高。4结语a从上述分析来看，sl流量计无疑是一种技术含量高的先进测流仪器，它具有安装简便，日常运行成本低，维护少，快捷、实时、准确等优点，并具有对外界抗干扰能力强、对不同水流具有较好的适应性能。b无论是洪水期或枯水期，l指标流速一断面平均流速关系线均通过三线检验，定线精度符合有关规范要求。cSL流量计的成功使用，将大大减轻马口水文站枯水期潮流量测验的工作量，为珠江三角洲网河区的水文预报和测验工作提供更为有效的技术手段，对加快珠江三角洲现代化建设有着重要意义。