浅谈RiverSurveyor M9在梅州河流中的应用分析

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摘 要：RiverSurveryor M9具有独特的多频率换能器配置，性能卓越，能自动转换单元大小、工作频率、采样频率和工作模式，精确完成从浅水到深水的连续测量，是当前水文系统进行流量测量的最先进的实用方法。文章主要针对riversurveyor m9在梅州河流中的应用进行了分析。

关键词：RiverSurveryor M9；河流测量；技术

中图分类号：P33 文献标识码：A

1 工程概况

梅州市地处山地丘陵区，地形复杂，岭谷众多，河流溪涧纵横密布，集雨面积100km2以上的河流有53条，属韩江水系的48条，属榕江水系的4条，属东江水系的1条。集雨面积大于1000km2的河流有7条，它们是韩江、五华河、宁江、石窟河、汀江、梅潭河和榕江北河。另外，韩江水系受地质地貌因素的影响，其左岸河流较右岸河流发育，7条集雨面积大于1000km2的河流均在左岸，53条集雨面积100km2以上的河流也有29条在左岸，而且右岸河流较左岸河流短小、湍急、坡降陡。

2 测验目的及方法

2.1 测验目的

传统的缆道流速仪流量测验由于历时长、低流速时敏感度低等原因致使精度有所下降，随着时代的发展，在应急抢险救灾中同时也存在着操作不便、处理繁琐等缺点。鉴于RiverSurveyor M9（以下简称M9）具有操作简单、精度较高、快捷方便等特点，为检验该仪器在各种水流情况下的测验精度，现需要常规流速仪测流方法进行比测分析，使该仪器能够投入应用。

2.2 测验方法

常规流速仪法选择合适时间按原有垂线进行常规施，M9同步进行流量测验。由于流速仪法时间较长，M9可往返施测多次，结束时间宜稍晚于流速仪测流结束时间。测船航速控制在1.0m/s左右。测量误差应符合规范要求，即计算两个测回所测流量的算术平均值及每半测回流量值与平均值的偏差，若误差在±5%以内，取其均值作为实测流量值；若超过±5%，则增加一个测回，来判断流量是否在短时间内变化较大，如属水情涨落变化快的，可用一个测回的实测流量计算平均值。比测的样本数应大于30，不同流量级分布合理。

3 仪器设备与安装

3.1 M9系统组成

（1）M9。该仪器配备了9个波束系统，包括2组、每组4个测量流速剖面的波束（每组的工作频率不同）和1个测量水深的垂直波束。M9的流速测量范围为30米，而最大的流量测量范围则可达到 80米（当采用GPS系统测量船速和垂直波束测量水深时）、换能器吃水深度等可人工设定。

（2）软件对计算机配置的要求。Windows vista或 xp操作系统，1.6MHZ处理器，1GB内存，1GB硬盘剩余空间，1024×768屏幕分辨率。

（3）软件-RiverSurveyor Live：为RS-M9操作运行及后处理软件，用户使用该软件进行参数设定、数据采集和存储。

（4）电源：采用12V汽车蓄电池。

3.2 测船及安装

将M9（换能器探头向下）插入 三体船的圆孔中。从三体船体船的顶部开始，将 M9向下方向移动，确认M9的顶部与三体船的顶部位置合适。若有必要，可以稍稍左右旋转M9，或者上下移动M9， 使主机位于恰当的水平位置。适当调整一下换 能器的方向，使 M9的插座位置与 PCM 模块的插座位置在一条线上。

三体船的底部，在走航中还可以预装一个流线型的导流装置。这个流线型装置用 4 个螺丝固定在单体船上，从船体的头部一直到船体的下侧。M9安装时应该使它的换能器与流线型的导流装置成为一体，如果需要，换能器也可以安装得更深一些。旋紧在换能器边上的指旋螺丝收紧固定抱箍，直至M9牢固地固定在船体上。

在三体船的船边有一条白线，这是用来计算换能器的入水深度的。换能器的入水深度定义为：垂直波束探头表面到水面之间的距离。带有导流装置船体，探头到白线之间的距离是 114.3 毫米。

4 软件参数设置

4.1 测量设置

点击“Change Measurement Settings（更改测量设置）”选项，可以进入测量设置状态。这些设置的参数可以应用在流量的测量中。也可以在数据的后处理时进行修改。以下是测量设置中一些参数的说明。

开始河岸——设置流量测量开始时的默认河岸（即设置右岸，还是左岸）。

额定流量值——在测量前，或者在测量后输入一个额定的流量值（测量流量的参考数值）。这个数据可以用来进行数据的分析和评估。

4.2 罗盘的校正

在每次流量测量前都必须进行罗盘校正，以补偿当地的磁场对系统的干扰。若要执行罗盘校正，进入Utilities实用工具菜单，点击“Compass Calibration（罗盘校正）”选项。在弹出的对话框中，点击“Start 开始”，旋转M9完整的二圈，旋转时尽可能地摇晃，以改变纵摇和横摇。应注意尽可能在仪器安装的位置处做罗盘校正。校正前注意移除所有的手机、PDA 等有磁性的设备或装置，并远离仪器。

4.3 系统的测试

系统测试是完成一系列的检测，包括：对电池组、罗盘、存储器、和温度传感器等部件的检测，以测试是否处于良好的工作状态。

4.4 SonTek GPS选项

“SonTek GPS Option（选择SonTek GPS）”可以提供一种选择，采用哪一种的SonTek GPS选项。在Utilities菜单中，点击“SonTek GPS Option”项，可以检查系统是采用了哪一种GPS的选项。如果GPS选项是无效的（或者没有安装GPS），对话框窗口中会显示出本系统内没有GPS。如果系统内带有SonTek的RTK GPS，然后用户又想改用差分GPS（DGPS），用户可以点击对话框中的“Change to DIFF”，将GPS应用在差分GPS的工作状态。同样，用户也可以从差分GPS的工作状态改为RTK GPS的工作状态。

4.5 数据的采集

在完成了测量前的测试，并输入了测量站点的信息和系统配置的设置等前期工作后，就可以开始进入测量的程序了。

4.6 流量测量成果的汇总

点击“Discharge Summary（流量汇总）”的图标，可以显示或隐藏流量汇总窗口，这个窗口位于屏幕的底部。在这个窗口中，以表格的形式给出了采集的数据，还显示了测量中各个部件的工作状态图标，以供对这次测量的评估。如果需要，可以调整窗口中每列的宽度大小：将鼠标对准列边，点击并拖拉即可按需要进行调整。所有记录的数据以日期/时间为序排列，并带有一些图标，给出了开始河岸、航迹参考、水深参考、和坐标系统等信息。点击鼠标，可以选择或不选这些记录的数据，但是，这会影响到数据的统计。这种方法可以很快，也可以很容易地分析哪一次的测量会影响到整个断面测量的总平均值。

5 资料整理分析

5.1 测验情况

M9与流速仪比测从2012年8月21日开始至10月24日止，共比测31份，有效次数为30次，1次为最大水深0.34m低于M9要求≥0.4m。分布在7个水文站，有较纯自然尖山站；有受水利工程电站回水影响横山站、溪口站；有受电站发电影响三河坝水文站、新铺水文站；还有渠道宝坑站。流量级别从2.45m3/s-930 m3/s，水面宽从6.1m-324m。比测过程中M9以及流速仪均运行稳定，未出现故障，保证了资料的可靠性。

5.2流量对比测验成果分析

本次M9与流速仪对比测验的成果如表1。

Y=X（Y——流速测验流量；X——M9测验流量）单位：m3/s

本次共比测31次，其中第11次因整个断面水深均小于0.4m，达不到M9最小水深要求。经按30次来分析计算，M9与流速仪测得的流量相对误差较小。相对误差≤±5%的合格率为86.7%，相对误差≤±8%的合格率为96.7%；最大相对误差为-8.46%

根据以下公式来计算随机不确定度。

XQ=2{[∑（（QI-QCI）/QCI）2]/（N-2）}1/2

式中：

QI表示ADCP第I次实测流量（m3/s）；

QCI表示关系曲线上实测流量相对应的流量（m3/s）；

N表示对比测点数，流速仪对比时N=30；

经计算，与流速仪对比时，置信水平为95%的随机不确定度XQ=0.36%

结语

通过流量比测分析以及其他因素分析可知，其测验精度均符合相关规范要求；并且使用M9过程中，该仪器稳定性较好，使用快捷方便，测验精度可靠，更适用以山区性溪、河，可以替代流速仪应用于日常1000m3/s以下流量测验。

参考文献

[1]李崇勇.龙川水文站H-ADCP比测和率定[J]. 广东水利水电，2009.