郎溪水文站流量在線監測系統率定分析

殷紅婷

(安徽省蕪湖水文水資源局,安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

科技的快速發展促進了水利智能化建設速度,提高了水利樞紐、設施的監督管理效率,降低了人員的工作強度,對水利行業快速發展具有重要的促進作用[1-3]。自動化監測數據的準確性對水利工程的運行調度影響較大,當監測數據與實際情況差距較大時,可能誤導人員判斷,從而降低水利工程的使用效率,甚至造成災害等嚴重后果。因此,保證監測數據與實際情況的符合性是非常必要的。

流量作為重要的水文參數,是流域防洪調度等不可缺少的數據資源。在線流量監測系統在較多工程中得到應用,取得良好的效果,監測系統的率定是非常重要的工作[4-6]。本文結合郎溪水文站實際情況,對在線流量監測系統率定進行初步分析。

1 測站基本情況

郎溪水文站位于安徽省宣城市郎溪縣東門埂,設立于1951年。設立初為水位站,2009年升級為水文站,與郎溪(山腳底)共同控制集水面積2 209km2。郎溪水文站是郎川河入南漪湖控制站,國家基本水文站、二類精度站。測驗河段順直長度約300m,左岸為南豐圩堤防,右岸為城市防洪墻,斷面控制良好。斷面處為單式河床,河床由泥沙和壤土組成, 較穩定。上游80m處有一彎道,下游約200m處為宣郎公路橋,下游16km為南漪湖。站以上流域洪水主要由暴雨形成,暴雨多發生在4-9月份,主要為梅雨鋒型和臺風雨型,其中又以6-7月份出現面積廣、強度大的梅雨型暴雨機會最多。洪水期南漪湖水位較高時,易受其頂托影響,洪水持續時間較長。

2 流量在線監測系統情況

郎溪水文站流量在線監測系統于2023年1月完成安裝調試,該系統數據采集系統結構設計成3層架構,主要有信息采集層、數據處理層、信息應用層組成。見圖1。

圖1 流量實時在線監測系統數據拓撲圖

郎溪站采用2臺聲學多普勒流量剖面儀(ADCP),型號為LK-P2000的測流探頭。郎溪站兩條測速垂線分別位于起點距65、95m處,見圖2。

圖2 流量實時在線監測系統設備斷面布置圖

選定探頭具體位置后,采用水下打樁方式固定,確保流速傳感器在水下長期保持固定,不因為水流或漂浮物導致設備角度發生偏移。

3 率定分析

在線流量的比測分析是一項系統性工作,從設備安裝調試完成后開始到在線流量監測數據真正應用到生產有一個漫長的過程。郎溪水文站在線流量監測系統在2023年1月完成安裝調試,開始進入參數率定階段,過程中反復進行參數調整,以期達到更好的監測數據。目前,已完成參數率定分析的工作。下面通過資料分析,確定該在線監測系統是否可以正式投入生產應用,見圖3。

圖3 比測率定分析流程圖

3.1 率定分析方法

根據《聲學多普勒流量測驗規范》(T/CHES 61-2021)第6.4條規定,采用郎溪水文站實測流量成果中的平均流速與各測次測流時段內在線流量監測數據的流速平均值進行率定分析,通過兩種流速值,建立關系曲線并進行誤差分析,按照《水文資料整編規范》(SL 247-2020)中第5.3.2款規定的精度進行成果評定。當全部測次不能滿足相關精度要求時,縮小參與率定分析的實測流速區間范圍,再進行分析。在線監測系統指標流速為起點距30和75m處的垂線流速的算術平均值,即V在線=(V30+V75)/2。

3.2 率定分析數據情況

郎溪在線測流系統自2023年1月運行至今,完成比測流量測驗34次。目前,通過水文站實測整編成果與該測流時段內在線流量監測數據的平均值進行比測分析,對該流量自動監測系統的參數進行率定。

3.3 率定分析

3.3.1 流速分布情況

見圖4、圖5。

圖4 起點距65m處流速垂線分布

圖5 起點距95m處流速垂線分布

3.3.2 代表流速與斷面平均流速關系定線計算表

參與率定測次代表流速與斷面平均流速關系定線計算的數據見表1;部分數據未參與計算,見表2。未參與率定的主要原因是流速小、往返閉合性差、無濾波流速數據等。

表1 參與率定測次情況

表2 未參與率定測次情況

3.3.3 實測與在線代表流速關系線圖

實測數據與在線代表流速的關系曲線見圖6。由圖6可知,實測數據與在線代表流速之間具有較強的線性相關關系。

圖6 實測數據與在線代表流速的關系曲線

3.3.4 關系線檢驗

關系線檢驗結果見表3。根據檢驗結果分析可知,符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗均通過檢驗。

表3 關系線檢驗結果

4 結論及建議

1)根據率定分析結果,實測斷面平均流速V與在線流速Vcp之間的相關關系為V=0.727*Vcp。

2)經過檢驗分析,符號檢驗、適線檢驗、偏離數值檢驗、隨機不確定度均可通過檢驗,系統誤差約為0.06%。

3)建議下一步將上述相關關系內置到流量在線監測系統中,開始進行正式的比測分析工作。