0 前言
珠江三角洲网河区既受上游来水影响，又受出海口门潮汐上溯作用，水流运动复杂，加上近年来人类活动及河道自然演变，采用常规水文测验方法，不仅工作量大、时效性差，连水文资料都无法进行整编，根本解决不了珠江三角洲各河道水量分配、网河区水量平衡等问题。为此，2006年4月广东省水文局佛山分局引进了美国SonTek公司“淘金者-SL”（ArgonautSL）500kHz型侧视式声学多普勒流速剖面仪（以下简称SL流量计），安装在马口水文站进行试用研究。
实践证明，该套仪器能较好地解决上述问题，有效地为珠江三角洲的水资源调度、防洪规划、调水压咸等提供实时、准确的水文信息。
1 SL流量计简介
1.1 测流原理
将SL流量计固定在河流的岸边或跨河桥梁桥墩的侧面下某一固定高程，水平发射某一固定频率的声波，根据多普勒频移原理，对发射和接收的信号进行处理，可以得到某一水层的流速分布，将该水层某一水平段的平均流速（即指标流速）与断面平均流速建立关系，借助断面水位!面积关系曲线，推算出断面流量。
1.2 流量计选型
SL流量计有3个传感器，其中2个水平的用来测量水体流速，1个垂直向上的用来测量水位。SL流量计与电源信号传输电缆、计算机构成一套完整的流量在线监测系统。仪器本身内置4MB内存，可存储200000个数据。用户可以根据工作需要选择实时在线采集数据或定期提取数据。
ArgonautSL流量计产品系列有500kHz、1500kHz、3000kHz等3种型号，其技术参数见表1。
根据表中3种仪器型号的技术参数，结合马口水文站实际情况（下面介绍），选择ArgonautSL500kHz流量计较为合适。
1.3 安装水深
在仪器安装前，必须查测安装位置附近河流大断面情况，选择合适地点。选择仪器安装深度时，原则上要求在最低水位时，避免波束向上碰到水面，向下碰到河底，否则会影响测量数据的精度。一般来说，安装位置深度为该地点历史最低水位以下1~2m（视仪器最大水平测距而定）。
通常，安装仪器时尽量选择有代表性的位置，在水下尽可能与水面平行且水平发射方向垂直于水流流向，要求纵摇<±2°，横摇<±5°。当仪器安装不完全水平或垂直时，系统软件会自动进行流速矢量校正。
1.4 日常维护
一般情况下，SL流量计基本上不需要维护而仍然保持可靠的性能。在珠江三角洲网河区，日常维护最主要是防止贝壳类生物的损坏和防雷两个方面。
a）贝壳类生物对水下仪器的沾污和损坏是最常见的，一定程度上会影响仪器的性能。一方面，采取定期清洗仪器表面；另一方面，在仪器旁边粘贴一小块锌板，可以有效地防止它们的侵蚀。
b）春夏季节，雷电较多，破坏力强。仪器在防雷方面可采取以下办法： ①使用直流电供电；②电缆线内层含有信号屏蔽网并套管埋地；③在仪器内部接口部分安装光电隔离器。另外，加强日常管理，在雷电来临前，切断一切电源和断开连接的电缆线。
2 应用实例
2.1 马口站概况
马口水文站是一类精度的水文站。马口站位于西江干流水道，是西、北江在思贤滘沟通后水流注入珠江三角洲的重要控制水文站，其位置见图1。
图1 马口水文站位置示意
汛期，西、北江上游雨量充沛，来水丰富，峰高量大，洪水特性明显。枯季则相反，潮汐现象显著。根据多年实测资料分析发现，当水位>2.00m时，受洪水的影响明显；当水位<0.80m时，潮汐现象显著。水位级在0.80~2.00m之间，定为潮洪混杂期，多数出现在汛初前后的3-4月份或汛末9-10月份。
洪水期，马口站受西、北江洪水组合的影响。或单江发生洪水，或两江同时发生洪水，或两江洪水一先一后，且两江洪水量级各异，其遭遇后水流情况更复杂，水位流量关系主要受洪水涨落影响，按清水河有关规范进行水文测验和资料整编。受潮洪混杂影响下的测验河段，水流复杂，洪水特征与潮流特性交替呈现，彼强此弱。涨潮时，水位流量关系呈现受变动回水影响的特点；退潮时，水位流量关系呈现洪水退水的特点。到目前为止，有关的规范都没有明确这方面的测验方法，一般采用多年实践经验总结出来的传统方法!特征时机法（峰后2h或谷后1h）布置测流，按清水河有关规范进行资料整编。枯水期，采用代表线流速仪法进行潮流量组合测验（一年3个组合，每个组合18天）和全潮要素相关法进行定线推流，工作量很大。
该站附近河段比较顺直，流速仪测流断面中泓附近河底高程（珠基下同）为-22~-25m之间，水面宽变幅为700~900m之间，历史最高水位10.06m（50年一遇洪水），水位变幅多年平均为7.65m，年最大变幅为10.37m，历史最低水位-0.63m；历史最大洪峰流量53200m3/s（超200年一遇洪水），最大测点流速4.06m/s，最大涨潮流量-6340m3/s，最大断面平均含沙量3.52kg/m3。
2.2 SL流量计安装调试
2.2.1 安装
本次选用美国SonTek公司生产的500kHzSL流量计。该仪器安装在西江干流水道左岸马口水质自动监测站（新自记台）护栏外侧，采用直径100mm、长6m的不锈钢作为套管，传感器安装固定点的高程为-2.625m，纵摇为0.0°，横摇为-2.8°，见图2。
图2 流量计安装示意图
安装完毕，将电源/通讯电缆线从水下传感器引到自记台，再与RS232电缆驳接，一直引到办公室内，所有电缆均穿入钢管埋地以作保护，见图3。
图3 流量计连接示意图
2.2.2 参数设置
根据实际需要，对SL流量计系统软件的主要参数进行设置：①指标流速的采样单元：12~82m；②采样历时：300s；③采样间隔：600s； ④增加多流层剖面模式：设定，盲区：2m，流层：10个，每流层：10m。
2.3 率定分析
2.3.1 测验方法
a）水位。采用清（潮）水河的观测方法，以自记式水位计记录为准。
b）（潮）流量。采用船载走航式ADCP进行流量测验。根据不同水流特性，选择合适时机进行，测船航速控制在1.0~3.0m/s。汛期按洪水涨落变化布设测验，枯水期则以每半小时沿基本水尺断面往返走测一个来回，起始及终了位置用目测定位。若往返流量误差在±5%以内，取其平均值作为该次断面流量，再除以相应的过水面积，得到断面平均流速；若超过±5%，则加测一个测回，以判断流量是否在短时间内变化较大。
2.3.2 资料整理分析
a）水位比测分析。本次水位比测选择不同水流条件下的时段进行，以日记式水位记录为准，与SL流量计水位记录比对，其结果令人满意。汛期，选取出现年最高水位、年最大含沙量和洪水最大涨率3个时段，水位差值均在0~2cm内；枯水期，选取初一、十五大潮期附近，水位差值基本在0~2cm内，在急涨、急退的潮腰处，个别时段水位差值超过3cm（因为在潮水位变化急剧处，水位变幅达30~40cm/h）。
b）洪水期率定分析。2006年4-9月因受台风影响，北江、西江先后或交替发生洪水。马口站实测年最大流量36400m3/s（7月19日）、最大断面平均流速1.88m/s（7月19日）、年最大含沙量（单沙）0.780kg/m3（6月11日）、年最高水位6.72m（7月19日）。本次率定测验工作共收集77个测次（见表2），率定期间水位变幅为0.18~6.53m，断面平均流速变幅为0.35~1.78m/s。经人工定线和误差统计分析，定线精度满足要求（其中， ①线反映受北江来水影响较为明显的相关关系，②线反映受西江来水影响的相关关系）。
c）枯水期率定分析。2006年10月8-9日（农历十七至十八日）大潮期进行枯水率定工作。马口站水位在1.0m以下，河流平均含沙量为0.024kg/m3。本次率定测验共收集66个测次，实测流量变幅为-4890~7050m3/s，断面平均流速变幅为-0.33~0.49m/s，经手工定线和误差统计分析，系统误差为-0.34%<3%，随机不确定度为13.74%<22%，并通过三线检验。根据有关技术规范要求，Vcp≤±0.10m/s可以不参加统计，相对误差≤±7%的合格率为91.8%，相对误差≤±10%的合格率为95.1%（若全部测点参加统计，相对误差≤±7%的合格率为87.9%，相对误差≤±10%的合格率为90.9%）。见图4、5。
图4 SL指标流速-断面平均流速关系线（汛期）
图5 SL指标流速-断面平均流速关系线（枯水）
3 枯水验证
3.1 原定关系曲线的检验
2008年2月23日-3月10日（农历十七日至次月初三日）进行常规代表线法潮流量组合测验，同时对SL流量计率定的原关系线（2006年）进行验证。马口站水位在-0.53~0.92m之间，河流平均含沙量为0.012kg/m3。本次测验共收集16个测次，实测流量变幅为-4990~6880m3/s，断面平均流速变幅为-0.34~0.47m/s，关系点据与原关系线较吻合（见图6），且通过t检验。
图6 SL指标流速-断面平均流速关系线
3.2 流量精度比较
通过对该潮流量组合测验资料进行整理分析，采用常规推流法、SL流量计两种方法计算的成果与实测的日平均流量进行比较，成果见表3。精度统计结果为： ①常规推流法：相对误差≤±10%的合格率为58.9%，相对误差≤±7%的合格率为35.3%；②SL流量计：相对误差≤±10%的合格率为82.4%，相对误差≤±7%的合格率为70.6%。
可见，SL流量计成果误差较小，精度较高。
4 结语
a）从上述分析来看，SL流量计无疑是一种技术含量高的先进测流仪器，它具有安装简便，日常运行成本低，维护少，快捷、实时、准确等优点，并具有对外界抗干扰能力强、对不同水流具有较好的适应性能。
b）无论是洪水期或枯水期，SL指标流速!断面平均流速关系线均通过三线检验，定线精度符合有关规范要求。
c）SL流量计的成功使用，将大大减轻马口水文站枯水期潮流量测验的工作量，为珠江三角洲网河区的水文预报和测验工作提供更为有效的技术手段，对加快珠江三角洲现代化建设有着重要意义。
参考文献：
[1]牛最荣，陈学林，丁再盛，等.SL、XR的比测试验与精度分析研究[J].水文，2006（1）：69-71.
[2]许云，杨晓斌.东沟流量站的SL率定分析[J].水资源研究，2005（2）：47-48.
[3]陈锡林，赵德友，卢玉成，等.ArgonautSL声学多普勒流量实时监测系统设计应用与研究[J].水利水电快报，2003增刊：1-9.
