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中海達(dá)iFlow RP600型ADCP在黃河高沙流域中的應(yīng)用

項目背景

位于山東省濟(jì)南市濼口鎮(zhèn)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(diào)度、工程建設(shè)、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展等提供精確的水文資料。由于汛期來臨，受黃河上游調(diào)水調(diào)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(huán)境下測流的難題。

▲濼口水文站

痛點分析

在較大含沙量環(huán)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(fù)雜，對測驗斷面要求高。同時流速儀勞動強(qiáng)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(dǎo)致ADCP無法進(jìn)行單獨測量。

實施方案

由于黃河高含沙量的惡劣條件，導(dǎo)致ADCP無底跟蹤信息，無法單獨測驗，因此中海達(dá)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(bǔ)充ADCP底跟蹤信息中的水深參數(shù)的方法、使用K16型GNSS定位定向儀測量速度補(bǔ)充ADCP底跟蹤信息中的設(shè)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(shè)備的測量數(shù)據(jù)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(yè)。

作業(yè)流程

1.設(shè)備安裝

為了減少聯(lián)合測量時各個設(shè)備間隔距離產(chǎn)生的測量誤差，中海達(dá)測驗人員將iFlow RP600型ADCP以側(cè)舷安裝的方式，將其安裝在鋼質(zhì)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(lián)合測量的精度和質(zhì)量，中海達(dá)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(jìn)行了-4°的偏差修正。

2.數(shù)據(jù)采集

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

半測回	起始岸	設(shè)備型號	起止時間	數(shù)據(jù)文件
1	右岸	iFlow RP600型ADCP	15:48:44~16:02:28	154930_Right.PD0
2	左岸		16:03:01~16:11:30	160347_Left.PD0
3	右岸		16:16:45~16:29:42	161645_Right.PD0
4	左岸		16:29:49~17:07:17	162949_Left.PD0

3.數(shù)據(jù)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(dāng)前測次測量得到的流量、流速、面積、河寬等多個參數(shù)值及其數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析計算。

▲統(tǒng)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(yīng)4波束測量到的流速、回波強(qiáng)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(dāng)前測次的配置信息、流量參數(shù)測量結(jié)果與測量平均結(jié)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(yīng)的GNSS信息。

▲GNSS信息表

基于iFlow流量測量軟件，可以看到當(dāng)前鋼質(zhì)測量船的航跡軌跡線及對應(yīng)的流速矢量。

▲鋼質(zhì)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(shù)的自偏差值（標(biāo)準(zhǔn)差）均在0.6%~2.7%之間，滿足測量規(guī)范的精度要求，并且達(dá)到較高的測驗精度；其中iFlow RP600型ADCP測得流量平均值與當(dāng)日官方測報發(fā)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(shù)據(jù)具有較高的精確度和準(zhǔn)確度，本次iFlow RP600型ADCP高含沙測流系統(tǒng)聯(lián)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(biāo)準(zhǔn)差	62.081	0.061	1.10	3.70	11.395
標(biāo)準(zhǔn)差/平均值	0.015	0.027	0.013	0.014	0.006

▲iFlow RP600型ADCP流量測驗結(jié)果

項目總結(jié)

通過此次濼口水文站與中海達(dá)進(jìn)行的聯(lián)合測試試驗可知，中海達(dá)iFlow RP600型ADCP與HD-MAX測深儀、K16型GNSS定位定向儀聯(lián)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(yè)任務(wù)，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(xiàn)了iFlow RP600型ADCP在外設(shè)拓展、安裝調(diào)試、支持軟件、流量測量結(jié)果等方面的優(yōu)異性能。

在外設(shè)擴(kuò)展方面，iFlow RP600型ADCP可以依據(jù)需求，合理的輸入其他外設(shè)參數(shù)，用于進(jìn)行ADCP的流量計算，設(shè)備的外設(shè)兼容性良好。

在安裝調(diào)試方面，iFlow RP600型ADCP的安裝、調(diào)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(dāng)前大含沙量條件下進(jìn)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(shù)據(jù)分析過程中，可以呈現(xiàn)豐富的測量信息，具有良好的用戶體驗。

在流量測量結(jié)果方面，iFlow RP600型ADCP測出的流量、流速、底速、斷面面積等參數(shù)數(shù)據(jù)，自偏差（標(biāo)準(zhǔn)差）均在2.7%以內(nèi)，測量精度滿足ADCP流量驗測規(guī)范要求。