声学多普勒流速剖面仪在宽浅河道流量测验中的技术探讨.docx

1、1（科技论坛?宙学菱晋91制S剖面仪丘宽浅削直瑜量测验O3B3技术馨可赵新智席战平（河南省水文水资源局郑州450003）（黄委水文局郑州450003）【摘要】对ADCP在北方宽浅河流流量测脸中的单元尺寸和测量误差的关系进行探讨.通过大量比删资料和理论分析提出了新的单元尺寸标准,拓展了ADCP的使用范因，提高了测验精度。【关键词】ADCP宽浅河流流量测验小单元尺寸粘度1引言ADCP在标准模式下，用小单元尺寸进行复式河道h的断面测员方法，解决了ADCP在复式河道断面上进行流量测验时，浅水模式深水部分满足不了要求，标准模式浅滩部分可测区域太小或不可测的难题,、这种测员方法增大了断面可测范围.提高了测

2、验精度。2ADCP获得河道流量的方法ADCP是-种利用声学多普勒原理测验水流速度剖面的仪器oADCP-股配务有四个换能器，换能器与ADCP轴线成一定夹角。每个换能器既是发射器乂是接收器。换能器发射某一固定频率的声波.然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波。假定颗粒物的运动速度与水体流速相同。当颗粒物的运动方向是接近换能器时,换能器聆听到的回波频率比发射波频率高。当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率低，这种颗粒物的运动引起频率的改变称为声学多普勒频移，即回波频率与发射波频率之差由式（I）确定：VFd=2F&式中:已声学多普勒频移；F发射波频率；V颗粒物沿声束

3、方向的移动速度（即沿声束方向的水流速度）；C声波在水中的传播速度。式（1）中的系数2是因为ADCP即发射声波乂接收回波，因此多普勒频移加倍。ADCP基于如下的公式计算流最：TrHTHQ=JJudz&|Vh|dt=|j（uxVh）k（lz<h（2）oLo）oo式中:Q流仙对应于测脸起点与终点之间的流抵，不包括岸边非实测区的流髭；U测船航迹断面某微元处流速矢拭；&测船航迹上的单位法线矢我；d一垂向微元於度；d寸间微元；Vb测船速度矢量；T测船从测验起点至终点的航行时间（T=侦-撮；H水深；k垂向坐标单位矢量从ADCP流量测挝的计算方法可知:单就面积来说，总流鼠的精度与各部分所

4、占的比重关系非常密切。3单元尺寸对ADCP进行流量测量的影响单元尺寸:ADCP通过分时回波信号将水体划分为许多测验单元，-个单元相当于一个单点流速仪，沿水深方向每个测验单元的长度称单元尺寸。单元尺寸的大小直接影响流速测验垂向分辨率、测验精度、剖面深度、及实测区范围。单元尺寸越小，流速测验孽向分辨率越高（即垂线上数据点多）,若仪器性能不太好时单元流速测验精度越低。因此，美国地调局对单元尺寸作了严格规定，如对RD1的WHRZ1200-1标准模式下规定最小为0.25m,然而，当在复式河道的断面上进行流量测验时,浅水模式深水部分满足不了要求，标准模式浅滩部分可测区域太小或不可测。探讨在标准模式下使用小

5、单元尺寸,在这种复式河道的断面上测量的方法、增大了实测区范围、提高了测验精度是本文研究的主题。单元尺寸垂向第-个数据点的位置与单元尺寸呈线性关系。单元尺寸越大，表层非实测区的厚度越大，左、右岸非实测区流量占的比重越大。另外.在底层非实测区（“旁瓣”区），至少要去掉-个单元。单元尺寸越大，底层非实测区的厚度越大。也就是说单元尺寸正比与表层、底层及左、右岸流量,反比于测量流信。3.1分析左、右岸流量范围ZHIMUAI按算法要求从两个有效单元处开始.这个地方的水深（HQ：Hz表层+2倍单元尺寸+底层(3)表层=仪深+仪W+1-2倍单元尺寸(取2倍单元尺寸)底层=水深的6%(大约为】倍单元尺寸)设单元

6、尺寸为X,仪深+仪盲为C,则左右岸开始测量处的水深为H*：H冷=仪深+仪肓+2X+2X+X=C+5X(4)3.2表层流量范围顶部流锹的水深范围H&=仪深+仪盲+2倍单元尺寸，按设定则：HA=H-Z产仪深+仪盲+2倍单元尺寸=C+2X(5)3.3底层流量范围底部流斌的水深范围H底=1倍单元尺寸，按设定则:H底=乙=1倍单元尺寸=乂(6)经过以上讨论可知:左、右岸流量和表、底房流fit减小的范围，等于实测流量增加的范围，也就是说实测流揪占总流量的比重的增鼠有两倍的提高c单元尺寸与各盲区的水深范围密切相关,除去常数影响，左右流量的范围艮单元尺寸的5倍,表层流域范围是单元尺寸的2倍，底层流量范

7、围是单元尺寸的1倍。4缩小单元尺寸的理论依据ADCP流最测验误差正比于单坪标准差与单元尺寸的乘积：EQocCTy/f(7)式中冲一ADCP流危测验误差；oADCP水跟踪单呼标准差(m/s);D.深度单元长度(m)。值得注意的是，单呼标准差是单元长度的函数。单呼标准差可以由RDI公司PlanADCP程序算出。ADCPW标准差与单元尺寸的乘积是单元尺寸的阶函数，且在一定单元尺寸范围内为常数。这表明在一定单元尺寸范围内.ADCP流量测验误差与单元尺寸无关。例如.流量测验误差在0.03-025m范围内为常数。因此,在此范围内，采用小单元尺寸与采用大单元尺寸，流量测验精度是相同的C事实上，采用小尺寸单元

8、比采用大尺寸单元更好。这是因为采用小单元尺寸时，河道垂线方向上的实测范围比采用大单元尺寸时要大。因此ADCP可以在更小的水深条件下作业。以上的分析则从理论上证明了采用小单元尺寸不会对流量测验精度有影响。5应用小单元尺寸的实例为了研究小单元尺寸在标准模式下测量使用,使实测区范围增加,提高流量:测验精度，分别在兰州、濂关、三门峡、小浪底、花园口、伊河龙门镇、滨州小开河灌区等站和断面作了大量:的比测试验。部分举例说明如下。图1是兰州站采用大单元尺寸(0.25m)在标准模式下科技论坛流最实测数据，测量流量只占总流技的65%,变差系数4.2%(小于5%沥然较大。在黄河小浪底用各种小单元尺寸标准模式下进行

9、流员测验.经多次比测得出:采用0.15m的小单元尺寸流域测翳精度较高，从图2统计可看出，测量流量占总流量的89%,变差系数1.2%,所测流速特别接近流速理论分布燃律。|n眼_uHIo"MMfOl*Mf0;SO|o呻咧响响询的3141490Ln力图34是伊河龙门石窟断面ADCP采用小单元尺寸图1黄河兰州站大单元尺寸(0.25m)实刑界面图2黄河小浪底断面小单元尺寸(0.15m)实测界面流建大小号：5图3伊河龙门石窟断面实测流速等值图图4伊河龙门石窟断面突测流列表界面(0.05m)实测界面，与流速仪资料对比如下：进库流量(流速仪精测法多次平均)：17.4m7s（科技论坛|浅谈上桥抽水站技

10、术改造吴毅（安徽省水利水电勘测设计院合肥230022）伍杰刘玲（中水淮河工程有限责任公司蚌埠233001）【摘要】由于控制运用条件的改变，上桥抽水站水泵的实际运行工况儡离原设计工况，泵站运行效率很低；同时，由于泵站已运行二十余年，机组设备严重老化，已危及安全运行。姑合泵站实际出况，对泵站进行技术改造已刻不容缓。【关键词】抽水站会调节立式轴流泵效率技术改造1工程现状及存在问题1.1工程现状上桥抽水站是一座排涝和灌溉相结合的大型抽水站.位于安徽省怀远县境内，建成于1978年，站内共安装6台套2.8CJ-70型全调节立式轴流泵，配40极1600kW同步电机6台套，总装机容最9600k建站二十多年来，

11、由于上桥闸下水位与关河水位的控制运用条件发生了较大变化，使闸上实际逐行水位与原设计值有较大不同,多年来泵站的实际运行平均净扬程远低于原设计净扬程。1.2泵站存在的主要问题121水泵长期运行在低扬程区，偏高高效区.泵站装置效率49%左右，能源单耗较大。1.2.2水泵叶轮及过流部件磨损、汽蚀及锈蚀等情况严重，大部分叶片表面产生了较严重的局部蜂窝状脱落，泵壳汽蚀带较大。1.2.3水泵制造工艺落后,加工精度很差，泵组的转动部分存在严重的不平衡现象一1.2.4水泵轮毂的材质较差，铸造存在缺陷，部分泵组转轮体的轮毂颈部出现严重的裂纹，经大修发现裂纹内部有空洞和夹渣。125水泵导轴承和泵轴磨损严重，摆度大，

12、部分机组超出正常范围23倍。另外，由于严重偏磨，机组振动加剧,运行噪音大。以匕问题的存在，已危及泵站的安全运行,必须对其进行技术改造。2水泵水力模型的选择根据水泵实际运行参数计算，新泵设计比转速约为1000,3叶片。经理论分析及综合比较后，选用35OZMB-3.8水力模型较合适。该水力模型过流责大，且在类似规模泵站已有运用实例。图1为其装置特性曲线图。3水泵主体部分改造图2为上桥抽水站2.8CJ-70水泵剖面结构图。该站流道为肘形进水和虹吸式出水流道.水泵主体部分的底座及导叶体为埋入混凝土的不可拆卸部件，均保留不动，水泵主体部分的改造主要包括以下内容。3.1叶轮部件就轴流泵而言，运行扬程降低，比转速提高，相应地需要减少叶片数，同时减小叶轮轮毂尺寸，本站原水泵比转速为700.4叶片,水泵轮毂直径1520mm,轮毂比约为0.54。改造后中断面流位（ADCP11模式浅水高精多次平均）:17.0m7s出库流鼠（流速仪精测法多次平均）:16.9m3/sADCP自测重复率:1.4%与流速仪法相差：1.2%各站大量实测资料证明.在标准模式下采用小单元尺寸是可行的。6结语采用小单元尺寸比采用大单元尺寸更好。这