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濯河坝水文站水平ADCP测验资料整编方

法研究

邓 彬1 董泽纯1 牛睿平2 王艳红3 于宝荣1 （1.重庆市水文水资源勘测局 重庆 401147） （2.南京水利水文自动化研究所 江苏南京 210000） （3.重庆市江北区农林水利局 重庆市 401147）

摘要：为有效解决濯河坝水文站受上游水电站调蓄和下游电站回水影响下的流量水文测验难题，2010年濯河坝水文站引进安装了Sontek淘金者SL500水平ADCP，通过近几年的运行，所收集的水位、流速资料系列较为完整，水平ADCP流量与转子流速仪流量的相关性较好。为了深入分析该水平ADCP的特性以及其使用条件，本文对濯河坝水文站2011年收集的水文资料进行了分析和整理，总结水平ADCP使用经验，以期更好地用于重庆水文测验工作之中。 关键字：水文站；ADCP；测验；资料整编

1 概述

流量测验是水文测站工作的主要任务之一。传统的流量测验手段由于测流历时长、自动化程度低、操作复杂等缺点，越来越不能适应水文现代化事业的发展要求。随着社会经济的发展和河流流域的逐步开发，受水利工程影响的水文测站将逐渐增多，使用传统的水文测验

方法使得流量测验变得更加困难。

水平式ADCP利用声学多普勒原理通过自动测定河流代表流层的指标流速的方式来进行流量测验，具有不扰动流场、历时短、自动化程度高、实时性好等优点，可有效地解决受水利工程影响的河道流量测验问题，极大地减轻了水文测验劳动强度、提高测验工作效率，是流量测验现代化发展的趋势之一。

为有效解决濯河坝水文站受上游水电站调蓄和下游电站回水等影响下的水文测验难题，2010年濯河坝水文站引进和安装了Sontek淘金者SL500水平ADCP。通过近几年的运行，所收集的水位、流速资料系列较为完整，初步分析得出ADCP流量与转子流速仪流量的相关性较好。为了深入分析该水平ADCP的特性以及其使用条件，本文对濯河坝水文站2011年收集的水文资料进行了分析和整理，总结水平ADCP使用经验，以期更好地用于重庆水文测验工作之中。

2 水平ADCP流量测验原理

ADCP的名称叫声学多普勒流速剖面仪，其利用压电陶瓷作为声学换能器，向水流中发射脉冲声波，然后接收被水中颗粒物散射回来的声波，依据声波脉冲频移，计算出水流的流速和流向。水平ADCP通常安装在河流岸边，从岸边向河流中央水平发射有一定夹角的两条波束，实时测量某一水层的流速分布，作为指标流速。水平ADCP通常要与走航ADCP或转子流速仪等进行比测，率定水平ADCP测量的指标流速与断面平均流速的相关关系。Sontek淘金者SL500水平ADCP

还内置水温、纵横摇倾角、超声波水位、压力水位等传感器，用于实时水位采集、温度补偿和参数调整等。

根据指标流速与断面平均流速的相关关系，可以将ADCP实测的指标流速反求出断面平均流速，再将断面平均流速乘以过水断面面积求得实时流量。其计算基本公式如下：

1、Vc?f(Vi)，断面平均流速是指标流速的函数； 2、A?f(H)，过水断面面积为水位的函数； 3、Q?A?Vc，流量计算公式；

其中： Vc-断面平均流速（m/s），Vi-指标流速或ADCP流速（m/s），H-水位（m），A-过水断面面积（m2），Q-流量（m3/s）。

3 水平ADCP测验资料的整编方法 3.1 水平ADCP测验资料的预处理

由于自然灾害、仪器故障、水中漂浮物缠绕等原因，水平式ADCP测验数据可能缺测，在资料整理时需要对缺测资料进行插补，通常可以采用上下游水位过程线法、建立数学模型插补等方法。

水平ADCP所测得的水文资料时间系列是非平稳的，呈现各种各样的特性，在资料整编前需要对其进行平滑处理。目前小波分析方法和滑动平均法均可以用于水文时间系列的去噪处理。对于受水利工程影响的水文资料系列存在骤变等特性，在平滑处理时采用小波分析方法更为适合一些，利用小波分析方法排除水文数据中的噪音，充分利用小波变换的多分辨率多尺度分析的思想和时频局部化特点，提高了