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中海達iFlow RP600型ADCP在黃河高沙流域中的應用



項目背景

位于山東省濟南市濼口鎮黃河大堤南岸的濼口水文站,常年為國家防總和黃河防總測報水情,為黃河下游山東河段的防汛抗旱、水量調度、工程建設、地方經濟發展等提供精確的水文資料。由于汛期來臨,受黃河上游調水調沙及沖刷的影響,黃河山東段的河水含沙量大,流速和流量增加,使得濼口水文站一直面臨在較大含沙量環境下測流的難題。

▲濼口水文站

痛點分析

   

在較大含沙量環境下,濼口水文站采用的流速儀和ADCP無法正常測驗。其中,流速儀測驗時間長,一次測驗需要1個小時左右,且測驗方法較為復雜,對測驗斷面要求高。同時流速儀勞動強度大,需要駕駛測船測驗,存在一定的安全隱患。而ADCP在面對含沙量較大時,其需要的高分辨率的高頻聲波信號會被快速吸收,無法測量底跟蹤信息,導致ADCP無法進行單獨測量。        

實施方案

由于黃河高含沙量的惡劣條件,導致ADCP無底跟蹤信息,無法單獨測驗,因此中海達提供了iFlow RP600型ADCP配備了HD-MAX測深儀和K16型GNSS定位定向儀的解決方案。方案中,使用HD-MAX測深儀測量水深信息補充ADCP底跟蹤信息中的水深參數的方法、使用K16型GNSS定位定向儀測量速度補充ADCP底跟蹤信息中的設備相對大地速度。通過HD-MAX測深儀和K16型GNSS定位定向儀配套的軟件將各設備的測量數據實時輸出至iFlow流量測量軟件,在軟件與iFlow RP600型ADCP測得的相對流速信息相整合,共同參與流量計算,完成本次ADCP測流作業。                

       



   

作業流程

1.設備安裝        

為了減少聯合測量時各個設備間隔距離產生的測量誤差,中海達測驗人員將iFlow RP600型ADCP以側舷安裝的方式,將其安裝在鋼質測量船的右前方;將HD-MAX測深儀的探頭安裝在iFlow RP600型ADCP的前方,同時盡可能的減小HD-MAX測深儀聲頭與iFlow RP600型ADCP的距離;將K16型GNSS配套的2個定位定向天線安裝在iFlow RP600型ADCP固定支架的正上方,同時為提高聯合測量的精度和質量,中海達測驗人員對K16型GNSS定位定向儀的天線基線與iFlow RP600型ADCP艏向安裝角度進行了-4°的偏差修正。        

   

2.數據采集    

本次測流,iFlow RP600型ADCP進行2個測回(共4個半測回)。各測次的起始時間與記錄的數據文件如下表所示。        

   

                   

起始岸                    

設備型號                    

起止時間                    

數據文件                    

1                    

 

iFlow RP600ADCP                    

15:48:44~16:02:28                    

154930_Right.PD0                    

2                    

                   

16:03:01~16:11:30 

160347_Left.PD0 

3                    

                   

16:16:45~16:29:42                    

161645_Right.PD0                    

4                    

                   

16:29:49~17:07:17                    

162949_Left.PD0                    

3.數據分析    

基于iFlow流量測量軟件,可以得到濼口段測驗斷面的整體流速剖面圖等各種信息。    

     

▲濼口段黃河斷面整體流速剖面圖    

基于iFlow流量測量軟件,可以看到斷面當前測次測量得到的流量、流速、面積、河寬等多個參數值及其數據的統計分析計算。    

   

▲統計分析表    

基于iFlow流量測量軟件,可以看到整個斷面測量到的流量隨測量時間變化的曲線示意圖,由此清楚的看到流量隨時間變化的趨勢。         

   

▲iFlow流量測量軟件時間序列圖    

基于iFlow流量測量軟件,可以看到各個測量時間上iFlow RP600型ADCP對應4波束測量到的流速、回波強度等信息。        

     

▲iFlow流量測量軟件顯示ADCP剖面信息    

     

基于iFlow流量測量軟件,可以自動生成輸出流量成果表,自動記錄當前測次的配置信息、流量參數測量結果與測量平均結果。    

   

▲iFlow RP600型ADCP流量成果表    

基于iFlow流量測量軟件,可以看到各個呯時刻對應的GNSS信息。    

   

▲GNSS信息表    

基于iFlow流量測量軟件,可以看到當前鋼質測量船的航跡軌跡線及對應的流速矢量。    

 
   

 ▲鋼質測量船航跡與流速矢量圖    

成果展示

iFlow RP600型ADCP四個半測回流量最大相對偏差在2.12%,斷面平均流速、流向、河寬及斷面面積參數的自偏差值(標準差)均在0.6%~2.7%之間,滿足測量規范的精度要求,并且達到較高的測驗精度;其中iFlow RP600型ADCP測得流量平均值與當日官方測報發布的濼口水文站的流量相對偏差為1.01%。由此可得,iFlow RP600型ADCP在本次大含沙量條件下測得的數據具有較高的精確度和準確度,本次iFlow RP600型ADCP高含沙測流系統聯合測驗取得圓滿成功。    

測次             

流量 

平均流速 

平均流向  

河寬   

斷面面積 

1

4020

2.22

87.5

265

1810

2

4000  

2.21

84.9

274

1810

3

3960

2.16

86.5

268 

1830

4

4100

2.28

85.7

268

1800

平均值

4020

2.22 

86.2

269

1810 

標準差

62.081

0.061

1.10

3.70

11.395

標準差/平均值

0.015

0.027

0.013

0.014

0.006

   

▲iFlow RP600型ADCP流量測驗結果    

   

項目總結

通過此次濼口水文站與中海達進行的聯合測試試驗可知,中海達iFlow RP600型ADCP與HD-MAX測深儀、K16型GNSS定位定向儀聯合使用,可以克服大含沙量的惡劣條件影響,完成ADCP的測量作業任務,為黃河較大含沙量條件下測流提供了更多的手段和方法。        

同時,本次測驗還展現了iFlow RP600型ADCP在外設拓展、安裝調試、支持軟件、流量測量結果等方面的優異性能。        

在外設擴展方面,iFlow RP600型ADCP可以依據需求,合理的輸入其他外設參數,用于進行ADCP的流量計算,設備的外設兼容性良好。        

在安裝調試方面,iFlow RP600型ADCP的安裝、調試過程方便快捷,且與HD-MAX測深儀、K16型GNSS定位定向儀的連接可靠,可以用于當前大含沙量條件下進行使用。       

在支持軟件方面,iFlow流量測量軟件在測試過程中和測量完成后的數據分析過程中,可以呈現豐富的測量信息,具有良好的用戶體驗。        

在流量測量結果方面,iFlow RP600型ADCP測出的流量、流速、底速、斷面面積等參數數據,自偏差(標準差)均在2.7%以內,測量精度滿足ADCP流量驗測規范要求。     

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