中海达iFlow RP600型ADCP在黄河高沙l流域中的应用--中海达水文水利应用案例

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中海達iFlow RP600型ADCP在黃河高沙流域中的應用



項目背景

位(wei)于山(shan)(shan)東(dong)省濟(ji)南市濼口(kou)鎮黃河(he)(he)大堤南岸的濼口(kou)水文(wen)站,常年為國家(jia)防(fang)總和黃河(he)(he)防(fang)總測報水情,為黃河(he)(he)下(xia)游山(shan)(shan)東(dong)河(he)(he)段(duan)的防(fang)汛(xun)抗旱、水量(liang)(liang)調(diao)度、工程建設、地方經(jing)濟(ji)發展等提供精確的水文(wen)資(zi)料。由(you)于汛(xun)期來臨,受黃河(he)(he)上游調(diao)水調(diao)沙(sha)及沖刷的影響(xiang),黃河(he)(he)山(shan)(shan)東(dong)段(duan)的河(he)(he)水含(han)沙(sha)量(liang)(liang)大,流(liu)(liu)速和流(liu)(liu)量(liang)(liang)增加,使得(de)濼口(kou)水文(wen)站一(yi)直面臨在較大含(han)沙(sha)量(liang)(liang)環(huan)境下(xia)測流(liu)(liu)的難題。

▲濼口水文站

痛點分析

   

在較(jiao)大含(han)沙量環境下,濼(luo)口水文站采用的(de)流(liu)(liu)速儀和(he)ADCP無法(fa)正常測驗(yan)。其(qi)(qi)中,流(liu)(liu)速儀測驗(yan)時(shi)(shi)間長,一次(ci)測驗(yan)需要(yao)(yao)1個小時(shi)(shi)左右,且(qie)測驗(yan)方法(fa)較(jiao)為復雜,對(dui)測驗(yan)斷面要(yao)(yao)求高(gao)(gao)。同時(shi)(shi)流(liu)(liu)速儀勞動強(qiang)度大,需要(yao)(yao)駕駛測船測驗(yan),存在一定(ding)的(de)安(an)全隱患。而ADCP在面對(dui)含(han)沙量較(jiao)大時(shi)(shi),其(qi)(qi)需要(yao)(yao)的(de)高(gao)(gao)分辨率的(de)高(gao)(gao)頻聲波(bo)信(xin)號(hao)會被快速吸(xi)收,無法(fa)測量底跟蹤信(xin)息(xi),導致ADCP無法(fa)進行單獨測量。        

實施方案

由(you)于黃(huang)河高含沙量(liang)(liang)的(de)(de)(de)惡劣條件,導致(zhi)ADCP無(wu)底跟蹤(zong)(zong)信(xin)息(xi),無(wu)法單獨測(ce)驗,因(yin)此中(zhong)(zhong)海達提供了(le)iFlow RP600型ADCP配(pei)備了(le)HD-MAX測(ce)深(shen)儀(yi)和K16型GNSS定(ding)位(wei)(wei)定(ding)向(xiang)儀(yi)的(de)(de)(de)解(jie)決方案(an)。方案(an)中(zhong)(zhong),使用HD-MAX測(ce)深(shen)儀(yi)測(ce)量(liang)(liang)水深(shen)信(xin)息(xi)補充(chong)(chong)ADCP底跟蹤(zong)(zong)信(xin)息(xi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)水深(shen)參數的(de)(de)(de)方法、使用K16型GNSS定(ding)位(wei)(wei)定(ding)向(xiang)儀(yi)測(ce)量(liang)(liang)速度(du)補充(chong)(chong)ADCP底跟蹤(zong)(zong)信(xin)息(xi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)設(she)(she)備相(xiang)對(dui)大地速度(du)。通(tong)過HD-MAX測(ce)深(shen)儀(yi)和K16型GNSS定(ding)位(wei)(wei)定(ding)向(xiang)儀(yi)配(pei)套的(de)(de)(de)軟(ruan)件將各設(she)(she)備的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)數據實時輸出至(zhi)iFlow流量(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)軟(ruan)件,在軟(ruan)件與iFlow RP600型ADCP測(ce)得的(de)(de)(de)相(xiang)對(dui)流速信(xin)息(xi)相(xiang)整合,共(gong)同參與流量(liang)(liang)計算,完成本次ADCP測(ce)流作業。                

       



   

作業流程

1.設備安(an)裝        

為了(le)減(jian)少聯合測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)時各(ge)個設備間隔距離產生(sheng)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)誤(wu)差,中(zhong)海達測(ce)(ce)(ce)(ce)驗(yan)人員(yuan)將iFlow RP600型ADCP以側舷安裝(zhuang)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)式(shi),將其安裝(zhuang)在(zai)鋼質(zhi)(zhi)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)船(chuan)的(de)(de)(de)右前方(fang)(fang);將HD-MAX測(ce)(ce)(ce)(ce)深(shen)儀(yi)的(de)(de)(de)探頭安裝(zhuang)在(zai)iFlow RP600型ADCP的(de)(de)(de)前方(fang)(fang),同時盡可能的(de)(de)(de)減(jian)小HD-MAX測(ce)(ce)(ce)(ce)深(shen)儀(yi)聲(sheng)頭與iFlow RP600型ADCP的(de)(de)(de)距離;將K16型GNSS配套(tao)的(de)(de)(de)2個定(ding)(ding)位(wei)(wei)定(ding)(ding)向(xiang)天線(xian)安裝(zhuang)在(zai)iFlow RP600型ADCP固(gu)定(ding)(ding)支架的(de)(de)(de)正上方(fang)(fang),同時為提(ti)高聯合測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)精度和質(zhi)(zhi)量(liang)(liang),中(zhong)海達測(ce)(ce)(ce)(ce)驗(yan)人員(yuan)對K16型GNSS定(ding)(ding)位(wei)(wei)定(ding)(ding)向(xiang)儀(yi)的(de)(de)(de)天線(xian)基線(xian)與iFlow RP600型ADCP艏向(xiang)安裝(zhuang)角度進行了(le)-4°的(de)(de)(de)偏差修正。        

   

2.數據(ju)采集    

本次(ci)測(ce)流(liu),iFlow RP600型ADCP進(jin)行2個測(ce)回(共4個半(ban)測(ce)回)。各(ge)測(ce)次(ci)的(de)起(qi)始時間與記(ji)錄(lu)的(de)數據(ju)文件(jian)如下表所(suo)示(shi)。        

   

回(hui)                    

起始岸                    

設備型號(hao)                    

起止時間                    

數據文件                    

1                  ;  

 

iFlow RP600ADCP                    

15:48:44~16:02:28                    

154930_Right.PD0                    

2              ;      

左(zuo)                    ;

16:03:01~16:11:30 

160347_Left.PD0 

3                    

岸(an)                    ;

16:16:45~16:29:42                    

161645_Right.PD0                    

4                    

                   

16:29:49~17:07:17                    

162949_Left.PD0                    

3.數據分析    

基于iFlow流量測量軟件(jian),可以得到(dao)濼口段(duan)測驗斷面的整(zheng)體流速剖面圖等各種(zhong)信息。    

     

▲濼(luo)口段黃(huang)河(he)斷面整體流速剖面圖    

基于iFlow流(liu)量(liang)測量(liang)軟件,可以看到斷面當前(qian)測次測量(liang)得到的(de)流(liu)量(liang)、流(liu)速、面積、河寬(kuan)等多個參數值及其數據的(de)統計分析計算。    

   

▲統計分析表(biao)    

基(ji)于iFlow流量(liang)測(ce)(ce)量(liang)軟(ruan)件,可以看到(dao)整個斷面測(ce)(ce)量(liang)到(dao)的流量(liang)隨測(ce)(ce)量(liang)時(shi)間(jian)變化的曲(qu)線示意圖(tu),由此清楚的看到(dao)流量(liang)隨時(shi)間(jian)變化的趨勢。         

   

▲iFlow流量(liang)測(ce)量(liang)軟件時間序列圖    

基于iFlow流量(liang)(liang)測量(liang)(liang)軟件,可以(yi)看到各(ge)個測量(liang)(liang)時間(jian)上iFlow RP600型ADCP對應4波束測量(liang)(liang)到的流速、回(hui)波強度(du)等信息(xi)。        

     

▲iFlow流(liu)量測量軟件顯(xian)示ADCP剖(pou)面信息    

     

基(ji)于iFlow流量(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)軟件,可(ke)以自動(dong)生成輸出流量(liang)(liang)成果表,自動(dong)記錄當(dang)前(qian)測(ce)次的(de)配(pei)置信息(xi)、流量(liang)(liang)參數測(ce)量(liang)(liang)結(jie)果與測(ce)量(liang)(liang)平均結(jie)果。    

   

▲iFlow RP600型(xing)ADCP流量成果表    

基于iFlow流量測量軟件,可(ke)以看到(dao)各個呯時刻對應的GNSS信息。    

   

▲GNSS信息表    

基(ji)于(yu)iFlow流(liu)量(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)軟(ruan)件(jian),可以看到當前鋼質測(ce)量(liang)(liang)船的(de)航跡軌跡線(xian)及對應的(de)流(liu)速矢量(liang)(liang)。    

 
   

 ▲鋼質測量船(chuan)航跡(ji)與流速矢量圖    

成果展示

iFlow RP600型(xing)ADCP四個半測(ce)回流(liu)量最大(da)(da)相對(dui)偏差在(zai)2.12%,斷面(mian)平均流(liu)速、流(liu)向、河寬及斷面(mian)面(mian)積參(can)數的(de)(de)自偏差值(標準差)均在(zai)0.6%~2.7%之(zhi)間(jian),滿(man)足測(ce)量規范的(de)(de)精度(du)(du)要求(qiu),并且達到(dao)較高(gao)的(de)(de)測(ce)驗精度(du)(du);其中iFlow RP600型(xing)ADCP測(ce)得(de)(de)流(liu)量平均值與(yu)當(dang)日官方測(ce)報發(fa)布的(de)(de)濼口水文站的(de)(de)流(liu)量相對(dui)偏差為1.01%。由此可得(de)(de),iFlow RP600型(xing)ADCP在(zai)本次大(da)(da)含沙(sha)量條件(jian)下測(ce)得(de)(de)的(de)(de)數據具有較高(gao)的(de)(de)精確度(du)(du)和(he)準確度(du)(du),本次iFlow RP600型(xing)ADCP高(gao)含沙(sha)測(ce)流(liu)系統聯合(he)測(ce)驗取得(de)(de)圓滿(man)成(cheng)功(gong)。    

測次             

流量 

平均流速 

平均流向(xiang)  

河寬   

斷面(mian)面(mian)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 

標準差

62.081

0.061

1.10

3.70

11.395

標準差/平均值

0.015

0.027

0.013

0.014

0.006

   

▲iFlow RP600型ADCP流量測(ce)驗結果    

   

項目總結

通過此次濼口水文(wen)站與(yu)(yu)中海達進行的(de)(de)聯合測試(shi)試(shi)驗可知(zhi),中海達iFlow RP600型ADCP與(yu)(yu)HD-MAX測深(shen)儀、K16型GNSS定(ding)位定(ding)向儀聯合使(shi)用(yong),可以克服大含(han)沙(sha)量的(de)(de)惡劣條件影響,完成ADCP的(de)(de)測量作業任務(wu),為黃河(he)較(jiao)大含(han)沙(sha)量條件下測流提供了更多的(de)(de)手(shou)段和方法(fa)。        

同時(shi),本次(ci)測(ce)驗還展現了iFlow RP600型ADCP在外設拓展、安裝調試(shi)、支持軟件、流量測(ce)量結果等(deng)方面的優異(yi)性能(neng)。        

在(zai)外設(she)擴展方面,iFlow RP600型ADCP可以依據需求,合理的輸(shu)入其他外設(she)參數,用于進行ADCP的流(liu)量計(ji)算,設(she)備的外設(she)兼容性良好。        

在安(an)裝調試方面,iFlow RP600型(xing)ADCP的(de)安(an)裝、調試過程方便(bian)快捷,且與HD-MAX測(ce)深儀(yi)、K16型(xing)GNSS定(ding)(ding)位定(ding)(ding)向儀(yi)的(de)連接可(ke)靠,可(ke)以用(yong)于(yu)當前(qian)大含沙量條件(jian)下進行使用(yong)。       

在(zai)支持軟件方(fang)面,iFlow流量測(ce)(ce)量軟件在(zai)測(ce)(ce)試過程中(zhong)和測(ce)(ce)量完成后的數據分析過程中(zhong),可以(yi)呈現豐富(fu)的測(ce)(ce)量信息,具(ju)有良好(hao)的用戶體(ti)驗(yan)。        

在(zai)流(liu)(liu)量測(ce)(ce)量結果方面(mian),iFlow RP600型ADCP測(ce)(ce)出的流(liu)(liu)量、流(liu)(liu)速(su)、底速(su)、斷面(mian)面(mian)積等(deng)參數數據,自(zi)偏差(標準差)均在(zai)2.7%以內(nei),測(ce)(ce)量精(jing)度滿足ADCP流(liu)(liu)量驗測(ce)(ce)規范要求。