新一代声学多普勒水流剖面仪M9 在水文测验中的应用（三）

2020-04-09 08:15:26, 应用专家陈耀祖赛莱默

案例三：

都江堰水文站位于四川省的岷江干流上，也是我国最早的水文站之一。该站的测流断面，河宽仅60m，而常年的断面平均流速在2～3m/s，常规采用缆道测流。2009年7月30日，在都江堰水文站用M9进行了一次演示。考虑到在流速较大，而且还有不小的含沙量情况下，底部河床可能会产生一定的走底现象。因此，本次测流采用了RTK GPS作航迹和船速的参考，以避免因为河床的走底，造成用底跟踪作参考的测验误差。演示采用无线电台的数据遥测方式，电台的终端安放在岸上，利用缆道设备作为测流过河的工具，拖曳M9的三体船横跨河道完成流量的测验（如以下的照片所示）。

整个测验自12:13开始，12:45结束，共32分钟，施测了三个测回、6个测次。每个测次平均3分钟左右。实测成果如下表所示：6次平均流量为383m³/s，相对误差为0.9%。说明仪器的重复性非常好，大大超过以往使用老一代多普勒流速仪的测量精度。这是采用了一些先进的措施和配置所带来的成果。

从实测数据分析，在这次测量中，断面平均流速为2.53 m/s，最大垂线平均流速为4.15 m/s，而最大水面流速近 6m/s。这样的流速已经超过了三体船可以承受的最大流速4.5m/s的技术指标。在实际测量过程中，我们可以看到三体船会随水流的波浪晃动，但仍然可以平稳地测流和得到可靠的数据。

都江堰水文站的高速和较大的含沙量，必然会存在着走底的现象。M9的实测数据再一次地证明了，采用DGPS或RTK GPS是解决河床因走底引起多普勒流速仪测流流量偏小一个有效措施。

案例四：

广西玉林的大湟江口水文站是国家重要水文站，设立于1951年，位于广西桂平市江口镇圩浔江河段的左岸，集水面积为289418k㎡，是珠江流域西江水系浔江河段的重要控制站。常年河宽约650m，水深约35m，断面平均流速约1m/s。该站配有一台走航式的多普勒流速仪，作为常规的流量测验。但是，在洪水期间，会有较大的含沙量。据测站技术人员反映，在洪水时，又无GPS的情况下，用走航式多普勒流速仪测量，实测的流量会偏小；这表明河床存在着走底现象。

2009年6月30日，应广西玉林水文局邀请，M9在大湟江口水文站的测流断面上进行了演示。出于比较的目的，该站还用另一台多普勒流速仪进行了同步的比测，分别悬挂和拖曳在测船的两侧，如右下方照片所示，黄色三体船M9安放在右船舷。一共测量了二个测回共4个航次。左下方的比较表是当时实测和比较的成果。从表中可以看到，M9的实测流量与流量过程线相比，误差仅为1.1%，而且4次测量的流量值，重复性也是好于同类的多普勒流速仪。

案例五：

除了高流速给水文测验带来困难，同样，对于低流速，特别是断面平均流速小于0.02m/s条件下，传统的转子式流速仪或者早期的多普勒流速仪都是难于解决的问题。而对于M9/S5，由于在低速时，自动会采用脉冲相干工作模式，采样频率最高可达70Hz，采样单元最小可达0.02m。最大程度上解决了低速的脉动影响和多普勒本身噪声带来的仪器测量误差。

解决低流速的流量测验问题，对于上、下游受到水利工程影响的测站，以及越来越多的水资源评价的需要，有很大的现实意义。

2011年9月15日，我们在湖北省长轩岭水文站进行了一次演示。当时，水面河宽约154 m、最大水深约4.4m、最小水深约0.6m、断面平均流速约0.005m/s、断面面积约400m²，过水断面流量约2m³/s。在这样的条件下，通常很难采用传统的转子式流速仪进行测验。同样，对于早期生产的多普勒流速仪，由于受到低速性能的制约，也会带来很大的测验误差。

下表是实测流量汇总表。按照多普勒规范的要求，本次演示共进行了二个测回、4个航次的测验，其平均流量值(Mean Q)为2.10m³/s，标准偏差(Std Dev)为0.103 m³/s，误差(变异系数COV)为4.9 %；实测流量部分的百分比为76.8%。所以能够得到这样的成果，是归功于M9采用了可自动切换的多频测速系统，和采用自动切换的多种工作模式，采用了低频的专用垂直波束测量水深。

总结

美国SonTek公司2009年投放市场的走航式声学多普勒水流剖面仪M9，是一款专为河流流量测验研制的系统。自正式进入国际市场以来，10余年中，不断地改进和升级，性能越来越完美，功能越来越强大。M9结合了目前世界上先进的多普勒流速剖面测流技术，突破原先的设计框框，采用多频的探头、智能的脉冲功能、内置的无线通讯和独特的GPS技术，而成为当今性价比最高的新一代仪器。M9系统带有可在计算机上使用的基于Windows平台的功能强大的操作和数据后处理软件，高精度以及易用性，让用户放心地测量，而不必因为具体的河流条件而改变任何测量前的设置。即使恶劣的环境下也不再需要增添一些类似于外置的GPS等设备，而可独立地完成断面的测验。这些优异的性能，经过我国1000多个用户的实践和在各种不同环境和条件的河道中试验和演示中得到了证实。