水文测验中定点式ADCP设备运行维护及故障处理方法

自动流量测验设备在水文测验中具有时效强、量程大、安全性高等优势,定点式ADCP是目前较为常见的实时在线自动流量测验设备,其设备运行状况直接决定了测验精度、测验稳定性以及测验长效性。结合近年来水文测验中的应用实例,详细阐述定点式ADCP测验设备运行维护的要点,并对常见故障及处理方法进行分析。

ADCP坐底验潮数据在海上油气田开发中的应用

在海上油气田开发过程中,海洋环境贯穿勘探、开发、钻井、工程、生产及弃置全部环节,海洋水文信息对场址勘察、平台建设和后期运营均有重要意义。采用坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)对拟建海底设施区域进行了为期31 d的全剖面海流观测,基于数据分析结果,获得了不同层位潮流流速、流向等水文信息,切实提供了有效的环境参数支持。

基于ADCP“动底”测量的流量补偿算法

声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP)对河流进行流量测量时,ADCP一般采用底跟踪模式(以河底为参考系)获得流速、断面面积,进而获得当前流域的流量,但当河流存在大量走沙(“动底”)情况时,底跟踪速度缺少顺水流分量,致使底跟踪轨迹向上游偏移底跟踪速度偏小,进而导致流量偏小。文章通过对动底原理进行分析、对动底测量方法中的回路法进行研究,提出一种基于GGA的全球定位信息系统(Global Positioning System,GPS)模式下平均动底速度测量方法以及两种动底流量补偿方法,并利用实测数据进行分析验证,结果表明本文提出的动底速度测量方法及动底流量补偿方法对“动底”检测与补偿有显著的效果。

基于云平台的走航式ADCP流量测验方法

针对当前走航式ADCP流量测验中存在的问题和不足,本文阐述了一种解决方法,该方法基于水文监测综合管理平台为现场测验提供云计算和存储,并深度融合走航式ADCP流量测验传统作业模式,可实现测验成果现场自动生成、一键入库、数据自校正、云存储以及实时共享,有助于提高工作效率和成果质量,显著提升应用走航式ADCP流量测验的自动化、网络化、数字化水平,具有较强的实用性和可推广性。

神经网络在组合式ADCP在线测流系统中的应用

针对长江下游感潮河段受潮汐影响导致流量测报精度不高的问题,分析探究了多元线性回归模型和BP神经网络模型利用ADCP流速指标推算断面平均流速的适用性。以南京水文实验站2020~2021年实测6组全潮测验数据为例,设计了3种研究方案,分别对比分析了多元线性回归模型和BP神经网络模型的精度。结果表明:仅考虑ADCP指标流速而言,BP神经网络模型推算精度更高。同时,适当增加相关训练数据类别能够获得更好的拟合效果。研究成果可为神经网络模型与传统水文测验方法相结合提供研究思路。

高流速ADCP测验方式及盲区数据插补分析

采用桥上拖曳声学多普勒流速剖面仪的方式,当水面流速接近4m/s时受桥下游紊流高流速影响易出现测量盲区。文章提出可尝试增大换能器入水深度、调整水深参数、船迹参考、改变断面位置等方式解决;如采用以上方式仍无法解决,可考虑采用插补盲区水深及流速,采用定点多垂线法计算盲区流量。

水文监测中ADCP流量测验与误差控制探讨

近些年水文监测在国民经济和生态文明建设中的作用日益凸显。准确的水文监测数据不仅是水资源合理配置、水环境保护和水灾害防治的重要依据,也是推动水利现代化和可持续发展的重要支撑。鉴于此,本文从误差来源分析出发,探讨适用于ADCP流量测验的误差控制方法,并通过实例分析验证其有效性,以期为水文监测实践提供借鉴和指导。

船行波对H-ADCP影响分析研究

作为当今世界上最先进的测流仪器,水平式声学多普勒流速剖面仪(Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler,H-ADCP)因其精度高、速度快等突出优势在河流中的应用越来越广泛,但在航运业发达地区,由于受船行波的影响,很难得到稳定可靠的流速数据,阻碍了HADCP在平原河网地区的应用和推广。目前技术上很难做到完全消除船行波的影响,本文将HADCP应用在平原河网地区对流速进行测量,并分析了船行波对测量精度的影响。从H-ADCP设备选型、测量和安装方式、测量预处理、数据后处理等多方面入手,可以有效消减船行波对H-ADCP的影响,从而提高测流精度。同时,通过实验测量断面一天内平均流速变化情况,得到受船行波影响后的流速波形,然后采用数据处理手段,验证了所提方法的可行性。

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。

ADCP在永庆反调节水库闸门泄流曲线复核上的应用

本文首次使用ADCP完成永庆反调节水库闸门泄流曲线复核。通过在闸下固定三体船搭载ADCP完成闸下流量定点施测,同时在下游450 m无支流汇入的固定断面使用走航式ADCP施测断面流量,完成对闸下流量的校测。本文选取符合标准的实测流量数据绘制水位流量关系,依据《水文资料整编规范》要求,完成定线精度检验和关系曲线检验,并最终通过水量平衡法核验,证明了使用ADCP率定闸门泄流曲线是可行的。

HADCP在线测流系统在界首水文站的应用分析

界首水文站地处河南安徽两省交界处,受上下游水利工程的影响,导致流量测验工作强度较大,水平式ADCP在线流量监测系统的引进,为界首水文站流量自动监测打下了基础,介绍水平式ADCP在线流量监测系统的设备安装及监测原理,通过与实测数据开展同步比测,收集一定系列的成果数据,进行流速关系率定分析,从而探讨水平式ADCP在线流量监测系统在界首水文站的应用情况。

石泉水文站ADCP(m9)与转子式流速仪测流对比分析应用

石泉水文站断面情况复杂特殊,其上下游均受水库发电调节影响,并且左岸有天然支流汇入,在测流时转子式流速仪会出现流量很小或者为“0”的偏差,数据失去代表性。为满足测验任务要求,采用ADCP(m9)进行测验,对ADCP(m9)与转子式流速仪的测验结果进行对比分析。分析结果可作为防洪评价流量计算、水文流量资料整编和汇编编印的资料依据。

感潮河道H-ADCP代表流速优选

在感潮河道使用H-ADCP进行流量测验时,代表流速对测验精度具有较大影响。为进一步提高流量测验精度,以黄浦江三和水文站为例,采用区间均值法和权重系数法分别计算代表流速,并以涨、落潮代表流速关系最优为目标,分别构建多目标优化模型以选出最优的代表流速。采用NSGA-Ⅱ算法和TOPSIS法对模型进行求解,并对结果进行了关系线检验及精度分析。结果表明:基于两种方法建立的涨、落潮代表流速关系线的系统误差和随机不确定度均满足三类精度站的定线精度要求。但是,相较于区间均值法,基于权重系数法求解的目标函数值整体上更小,且系统误差和随机不确定度均更小。因此,在感潮河道使用H-ADCP时,建议选用权重系数法计算涨、落潮代表流速。

ADCP测流在巢湖流域水资源监测中的应用

为满足巢湖湖(河)长制考核验收的需要,需对巢湖43个考核断面建设水资源监测站,对ADCP测流技术,以及走航式、水平式和垂线式3种测流设备进行介绍和比较,根据各种测流设备的适用范围和测流断面的特征,选择合适的建设方案,方案实施后,可以实现水质和水量同步监测,控制河流入湖污染总量,为湖(河)长制考核验收提供数据支持。

二垂线式ADCP流量测量系统

介绍一种新的、基于二垂线式流量计算方法的ADCP流量测量系统。2台ADCP固定于河底适当位置处,由软件控制定时测量流量,并将测量结果自动存入数据库中。此系统既不同于走航式ADCP,也不同于H-ADCP,而是ADCP的另一种使用方法;在需要快速、自动测量流量或河底形状不适合安装H-ADCP的地方,可考虑使用此系统,为防汛、抗旱提供决策依据。

走航式ADCP数据成果转换技术研究

提出一种走航式ADCP数据的转换方案,通过开发软件可自动提取走航式ADCP原始观测数据,经系统过滤或人工选择后,按测回结果的平均值误差不超过±5%的规范要求,自动判断流量测验成果中测次的有效性。同时,根据GB 50179—2015《河流流量测验规范》自动筛选有效测次结果,并写入多普勒流速仪流量测验记载表,有效解决走航式ADCP测验成果与平台系统的衔接问题。

基于固定式ADCP的陈东港污染物通量计算

根据太湖流域西部重要入太湖河道陈东港2021年ADCP流量测验数据和水质在线监测数据,分析了该河道流量、污染物质量浓度和通量的年内变化特征,比较了流量、水质数据采集频次对污染物通量计算结果的影响。结果表明:2021年陈东港年平均流量为73.66 m^(3)/s,年径流量为23.29亿m^(3),日均流量年内波动剧烈,峰值出现在7月,其变化过程受降水影响显著;COD_(Mn)和TP质量浓度的年内波动也较明显,全年累计通量分别为10357 t和352 t。基于固定式ADCP流量测验数据计算污染物通量较基于水文巡测数据的精度提升约39.5%,两者差异主要集中在6—8月。若要将两种污染物年累计通量的计算相对误差控制在5%以内,流量采集频次不宜低于2 d一次;若相对误差控制在10%以内,流量采集频次不宜低于10 d一次,在丰水期(6—9月)和枯水期(12—2月)需提升至2 d一次。与流量采集频次相比,两种污染物年累计通量对水质采集频次变化的敏感性相对较低,当水质采集频次从8 h一次减少到30 d一次时,相对误差仍在5%以内。

浅水域的高频宽带ADCP系统

浅水域测流可以促进防洪灌溉等水利工程的发展。宽带多普勒剖面流速仪(acoustic Doppler current profiler,ADCP)可以精确监测水域的流层流速信息。应用于浅水域测流的宽带ADCP在较窄流层内不容易达到较好的速度精度,同时窄流层内容易受到局部湍流干扰。针对上述问题,本文提出了基于η准则的解算结果最优值检索方式,优化了局部相关性评估方法,完成了基于片上系统(system on chip,SoC)的ADCP系统的设计;用声束-流速夹角产生的径向流速进一步验证了算法的效果;并完成了室外航船实验。在较窄的径向层厚(6.3 cm)、伴有湍流干扰时,应用提出的方法后可以将速度精密度提高37%,准确度提高77%,低信噪比时能分别提高66%和72%;根据测速值计算的角度与设定角度的误差为3.06°,应用提出的方法处理后误差降为2.60°;根据测量速度的误差关系求得的角度误差可达0.6°;平静湖泊航船实验中,系统解算标准差最小仅1 mm/s,层间流速误差仅为1 mm/s,接近理论流速分布。

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2000 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3270~39500 m^(3)/s时双探头H-ADCP在线流量监测系统可在梧州水文站应用。

基于走航式ADCP的宁波市三江干流流速及悬浮沉积物空间分布特征研究

声学多普勒流速剖面仪被广泛应用于河流水文监测,以宁波三江采集的ADCP数据为例,阐述了数据处理和综合应用的详细过程。经过数据解析、GPS数据处理、速度校正过程,得到了准确的剖面流速数据。分别使用沿河纵向和断面横向的流速数据,研究了流速分布特征。姚江平坦顺直河段的流速分布呈现多种不同类型,其中半数左右呈指数分布。针对姚江和甬江的悬浮沉积物浓度不同,分别使用回波强度反演和声波衰减反演两种方法计算得到了浓度的分布,并进行了初步分析。