CN117074718A - 一种adcp数据实时拟合水文测验分层流速的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，提出根据水深情况，选择采用整体或局部构建垂向流速拟合模型；确定长江口河段的垂向流速模型：当水深大于10m时，对垂线垂向流速进行上、下段划分，分别局部建模。上段拟合模型为对数或幂函数，下段拟合模型为抛物线；当水深小于10m时，整体建模，拟合模型为对数或幂函数；改进局部建模上、下段的分界点；解决了在潮汐河段水流运动复杂情况下，垂向流速呈现多种剖面型式时，实现对垂向流速模型的实时最优构建问题，提升常规水文测验垂线垂向分层流速流向的精度。

Description

一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法

技术领域

本发明涉及水文测验领域，尤其涉及一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法。

背景技术

ADCP(声学多普勒流速剖面仪)是当前应用于河流流速、流量测量的主要设备，由于受“余振效应”和“旁瓣效应”的影响，ADCP会在换能器附近和底部近河床部分别形成上、下盲区(不能提供有效测量数据)，上盲区靠近水面(表层)，其厚度大约为ADCP换能器入水深度、ADCP机械盲区(“余振效应”影响)、以及单元厚度一半之和；下盲区靠近河底(底层)，称为“旁瓣”区(河底对声束的干扰区)，其厚度取决于ADCP声束开角(即换能器与ADCP轴线的夹角)。在一个流速垂线(或称水深剖面)上，ADCP流速测验由上、下盲区和实测区组成。在实际应用中，盲区流速多采用常数外推法，从而得到常规水文测验的0.0H和1.0H分层流速，中间四分层(0.2H、0.4H、0.6H、0.8H)流速基于垂线内相邻上下水层ADCP实测流速直线内插所得；未考虑河流条件的千差万别，如高含沙、水体过深、水流含盐度、动底河床等因素。例如，中等强度的潮汐河口长江口河段，水流运动比较复杂，在一个潮周期内流速垂向分布会呈现J型、C型、S型等多种剖面型式，为此，国内外许多学者在流速垂向分布模型方面开展研究，由此来推算上、下盲区流速模型。

陈志高等.ADCP盲区流速最优推算模型自适应确定方法研究.《武汉大学学报.信息科学版》.2013年6月，第38卷第6期。陈志高等针对传统常数外推盲区流速方法的不足以及垂线流速变化单一性的缺陷，推导了对数、抛物线和幂函数局部盲区流速计算模型。在此基础上，结合3种盲区流速计算模型，提出了根据垂线内上、下盲区邻近不同深度层单元实测流速，分别构建上述3种局部盲区流速模型，上、下层的分界点通过计算ADCP各层深度单元流速值与上层流速值之差的正负号来判断，即：同号则同层，异号则分层。

王爱军等.声学多普勒流速仪盲区数据处理及其在长江河口区的应用.《水利学报》2004年10月，第10期。王爱军等根据长江口南港水道一个站点一次的现场测验，选择涨急、落急两个时刻作为研究对象，基于边界层理论，利用卡门-普朗特对数分布公式计算ADCP盲区流速。

以上两种方法都是半理论化研究，然而在实际应用中，由于现场环境因素影响多，水流运动复杂，单元层流速不是单向变化，所以自适应模拟方法存在着上、下层分界点难以确定；卡门-普朗特对数分布公式法中各参数难以确定，且上述研究中均未涉及常规水文测验中间四分层(0.2H、0.4H、0.6H、0.8H)的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，提升常规水文测验分层流速流向的精度。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，包括：

S1、获取ADCP现场测验时设置的参数和实测数据；

S2、将ADCP实测的各深度单元层流速分解为X方向的流速分量及Y方向的流速分量；

S3、建立垂线垂向流速表征集；

S4、基于三种经典流速分布算法，分别构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型；

S5、评估所述垂向流速拟合模型的可靠性和精度，确定所述垂向流速拟合模型；

S6、根据所述垂向流速拟合模型，拟合计算常规水文测验X方向和Y方向分层流速；

S7、根据拟合计算的X方向和Y方向的分层流速，采用矢量法计算常规水文测验各分层的流速、流向；

S8、根据拟合计算的X方向和Y方向分层流速，采用加权法计算垂线X方向和Y方向平均流速；

S9、根据X方向和Y方向垂线的平均流速，采用矢量法计算垂线平均流速及流向。

进一步，所述S1中的实测数据为：

ADCP在进行测验时，不但将沿航迹断面划分为许多微断面，即垂线，同时也将每一所述微断面垂向上划分为许多小单元，即深度单元，一个所述深度单元相当于一台流速仪，施测深度单元层的流速、流向；

微断面垂线内第一个有效单元的深度D_f为：

微断面垂线内最后一个有效单元的深度D_L为：

D_L＝D_f+(W_n-1)W_s；

河底至水面的高度Z₀为：

Z₀＝D_ADCP+d实测；

河底至最后一个有效单元下边界的高度Z₁为：

河底至第一个有效单元上边界的高度Z₂为：

其中，D_ADCP为ADCP的入水深度；W_F为余振效应影响的机械盲区，此为厂家给定的技术指标；W_s为深度单元长度；W_n为深度单元数目；d_实测为ADCP实测水深。

进一步，所述S2中，

所述X方向的流速分量为：

其中，i为单元层数；V⁽ⁱ⁾为第i个单元层平均流速；α⁽ⁱ⁾为第i个单元层平均流向；为第i个单元层X方向流速分量；/>为第i个单元层Y方向流速分量。

进一步，所述S3中，

垂线垂向流速表征集为：

其中，V_X为X方向的流速分量集；V_Y为Y方向的流速分量集；为第i个单元层对应的距河底高度及实测的X方向流速分量；/>为第i个单元层对应的距河底高度及实测的Y方向流速分量。

进一步，所述S4中，

三种经典流速分布算法为：对数法、幂函数法和抛物线法；

在三种经典流速分布算法基础上，构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型为：

垂向整体模型为：

对数：V_w＝AlnZ+B Z∈(0,Z₀)；

幂函数：V_w＝AZ^b Z∈(0,Z₀)；

抛物线：V_w＝A×Z²+B×Z+C Z∈(0，Z₀；

垂向分段模型为：

其中，H为水深；V_w为X轴和Y轴的二维向量；A、B、C为系数；Z为河底边界至计算点高度；Z₀为河底至水面的高度。

进一步，所述S5中，采用模型拟合值和常规水文测验流速仪施测的分层流速值进行对比分析，确定垂向流速拟合模型，具体为：

S501、根据构建的所述垂向整体模型和所述垂向分段模型的分层流速值、常规水文测验流速仪施测的分层流速值，分别计算出垂线平均流速流向，再根据垂线平均流速流向计算出垂线单宽流量：

其中，q为单宽流量；为垂线平均流速；/>为垂线平均流向；H为水深；B为单位宽度；θ为单宽断面方位角；

S502、在代表潮周期内，根据所述垂向整体模型和所述垂向分段模型拟合值计算的单宽流量与常规水文测验流速仪施测流速计算的单宽流量对比，分别计算相对误差、系统误差、随机不确定度等精度指标，用来衡量流速构建模型的可靠性和精度：

相对误差：

系统误差：

标准差：

随机不确定度：X′_q＝2S_e；

其中，n为样本总数；X′_i为第i个样本的相对误差；为系统误差；S_e为标准差；X′_q为置信水平为95％的随机不确定度；

S503、根据精度指标分析，确定垂向流速拟合模型为：

当水深小于10m时，垂向整体建模，流速拟合模型为对数或幂函数；当水深大于10m时，分段建模，上段流速拟合模型为对数或幂函数、下段流速拟合模型为抛物线。

进一步，根据已确定的垂向流速拟合模型，基于相关系数R和标准差S_e，在一个潮周期内不同时间选择最优流速拟合模型方法，具体为：

(1)、当水深小于10m时，垂向整体建模，所有实测单元层参与模型构建，流速拟合模型为对数或幂函数：

Z为河底边界至计算点高度∈(0，Z₀)；

选取最优模型的原则为：

其中，n为参与拟合的单元层个数；R为相关系数；S_e为标准差；为第i个深度单元实测流速值；/>为第i个深度单元流速拟合值；/>为n个单元层的实测流速平均值；/>为n个单元层的拟合流速平均值；

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底层的六个分层X和Y方向流速；

(2)当水深大于10m时，分上段局部模型、下段局部模型；

上段局部模型，从表层至相对水深0.6H，参与构建上段局部模型的单元层数∈(1,k)，k的计算为：

k为满足公式的最小整数，则：

其中，表示向下取整；

流速拟合模型为对数或者幂函数：

分别构建对数流速模型和幂函数流速模型：

Z为河底边界至计算点高度∈(Z₀-0.6H,Z₀)；

选取最优模型的原则为：

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H的四个分层X和Y方向流速；

下段局部模型，从相对水深0.4H，参与构建所述下段局部模型的单元层数∈(k,W_n)，k的计算为：

抛物线：V_w＝A×Z²+B×Z+C,Z为河底边界至计算点高度∈(0,Z₀-0.6H)；

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验0.8H和底层的二个分层X和Y方向流速。

进一步，所述S7中，各分层的流速流向为：

其中，t为常规水文测验分层，即0.0H、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、1.0H；为第t分层X和Y方向流速；V^(t)为第t分层流速；a^(t)为第t分层流向。

进一步，所述S9具体为：

X方向垂线的平均流速为：

Y方向垂线的平均流速为：

进一步，所述S9中，垂线的平均流速及流向为：

其中，为垂线的平均流速，/>为垂线的平均流向。

本发明的有益效果为：解决了在潮汐河段水流运动复杂情况下，垂向流速呈现多种剖面型式时，实现对垂向流速模型的实时最优构建问题，提升常规水文测验垂线垂向分层流速流向的精度。

附图说明

图1为本发明一种ADCP数据实时拟合的水文测验分层流速的方法的流程图；

图2为ADCP测量示意图；

图3为ADCP有关参数定义示意图；

图4为相对误差对比图，

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，包括：

S1、获取ADCP现场测验时设置的参数和实测数据；

S2、将ADCP实测的各深度单元层流速分解为X方向的流速分量及Y方向的流速分量；

S3、建立垂线垂向流速表征集；

S4、基于三种经典流速分布算法，分别构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型；

S5、评估所述垂向流速拟合模型的可靠性和精度，确定所述垂向流速拟合模型；

S6、根据所述垂向流速拟合模型，拟合计算常规水文测验X方向和Y方向分层流速；

S7、根据拟合计算的X方向和Y方向的分层流速，采用矢量法计算常规水文测验各分层的流速、流向；

S8、根据拟合计算的X方向和Y方向分层流速，采用加权法计算垂线X方向和Y方向平均流速；

S9、根据X方向和Y方向垂线的平均流速，采用矢量法计算垂线平均流速及流向。

请参阅图2和图3，所述S1中的实测数据为：

ADCP在进行测验时，不但将沿航迹断面划分为许多微断面，即垂线，同时也将每一所述微断面垂向上划分为许多小单元，即深度单元，一个所述深度单元相当于一台流速仪，施测深度单元层的流速、流向；

微断面垂线内第一个有效单元的深度D_f为：

微断面垂线内最后一个有效单元的深度D_L为：

D_L＝D_f+(W_n-1)W_s

河底至水面的高度Z₀为：

Z₀＝D_ADCP+d实测

河底至最后一个有效单元下边界的高度Z₁为：

河底至第一个有效单元上边界的高度Z₂为：

其中，D_ADCP为ADCP的入水深度；W_F为余振效应影响的机械盲区，此为厂家给定的技术指标；W_s为深度单元长度；W_n为深度单元数目；d_实测为ADCP实测水深。

所述S2中，

所述X方向的流速分量为：

其中，i为单元层数；V⁽ⁱ⁾为第i个单元层平均流速；α⁽ⁱ⁾为第i个单元层平均流向；为第i个单元层X方向流速分量；/>为第i个单元层Y方向流速分量。

所述S3中，

垂线垂向流速表征集为：

其中，V_X为X方向的流速分量集；V_Y为Y方向的流速分量集；为第i个单元层对应的距河底高度及实测的X方向流速分量；/>为第i个单元层对应的距河底高度及实测的Y方向流速分量。

所述S4中，

三种经典流速分布算法为：对数法、幂函数法和抛物线法；

在三种经典流速分布算法基础上，构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型为：

垂向整体模型为：

对数：V_w＝AlnZ+B Z∈(0,Z₀)

幂函数：V_w＝AZ^b Z∈(0,Z₀)

抛物线：V_w＝A×Z²+B×Z+C Z∈(0,Z₀

垂向分段模型为：

其中，H为水深；V_w为X轴和Y轴的二维向量；A、B、C为系数；Z为河底边界至计算点高度；Z₀为河底至水面的高度。

所述S5中，采用模型拟合值和常规水文测验流速仪施测的分层流速值进行对比分析，确定垂向流速拟合模型，具体为：

S501、根据构建的所述垂向整体模型和所述垂向分段模型的分层流速值、常规水文测验流速仪施测的分层流速值，分别计算出垂线平均流速流向，再根据垂线平均流速流向计算出垂线单宽流量：

其中，q为单宽流量；为垂线平均流速；/>为垂线平均流向；H为水深；B为单位宽度；θ为单宽断面方位角；

S502、在代表潮周期内，根据所述垂向整体模型和所述垂向分段模型拟合值计算的单宽流量与常规水文测验流速仪施测流速计算的单宽流量对比，分别计算相对误差、系统误差、随机不确定度等精度指标，用来衡量流速构建模型的可靠性和精度：

相对误差：

系统误差：

标准差：

随机不确定度：X′_q＝2S_e；

其中，n为样本总数；X′_i为第i个样本的相对误差；为系统误差；S_e为标准差；X′_q为置信水平为95％的随机不确定度；

S503、根据精度指标分析，确定垂向流速拟合模型为：

当水深小于10m时，垂向整体建模，流速拟合模型为对数或幂函数；当水深大于10m时，分段建模，上段流速拟合模型为对数或幂函数、下段流速拟合模型为抛物线。

根据已确定的垂向流速拟合模型，基于相关系数R和标准差S_e，在一个潮周期内不同时间选择最优流速拟合模型方法，具体为：

(1)、当水深小于10m时，垂向整体建模，所有实测单元层参与模型构建，流速拟合模型为对数或幂函数：

Z为河底边界至计算点高度∈(0，Z₀)

选取最优模型的原则为：

其中，n为参与拟合的单元层个数；R为相关系数；S_e为标准差；为第i个深度单元实测流速值；/>为第i个深度单元流速拟合值；/>为n个单元层的实测流速平均值；/>为n个单元层的拟合流速平均值；

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底层的六个分层X和Y方向流速

(2)当水深大于10m时，分上段局部模型、下段局部模型

上段局部模型，从表层至相对水深0.6H，参与构建上段局部模型的单元层数∈(1,k)，k的计算为：

k为满足公式的最小整数，则：

其中，表示向下取整；

流速拟合模型为对数或者幂函数：

分别构建对数流速模型和幂函数流速模型：

Z为河底边界至计算点高度∈(Z₀-0.6H,Z₀)

选取最优模型的原则为：

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H的四个分层X和Y方向流速；

下段局部模型，从相对水深0.4H，参与构建所述下段局部模型的单元层数∈(k,W_n)，k的计算为：

抛物线：V_w＝A×Z²+B×Z+C,Z为河底边界至计算点高度∈(0,Z₀-0.6H)；

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验0.8H和底层的二个分层X和Y方向流速。

所述S7中，各分层的流速流向为：

其中，t为常规水文测验分层，即0.0H、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、1.0H；为第t分层X和Y方向流速；V^(t)为第t分层流速；a^(t)为第t分层流向。

所述S9具体为：

X方向垂线的平均流速为：

Y方向垂线的平均流速为：

所述S9中，垂线的平均流速及流向为：

/>

其中，为垂线的平均流速，/>为垂线的平均流向。

为了验证本发明所提出的方法的有效性。将根据本发明提出的方法(以下简称方法一)、目前常用的盲区流速常数外推法(以下简称方法二)和流速仪同步测量流速，分别计算垂线单宽流量进行对比分析。具体验证步骤如下：

(1)汛期，在长江口南支河段、南槽河段、北槽河段各布置了一条测量垂线；非汛期，在长江口北港河段、南槽河段各布置了一条垂线，总共5条垂线，且5条垂线的水深包括了深水与浅水，采用ADCP和流速仪同步测量，施测一个大潮或大潮与小潮两个代表潮完整潮周期。各垂线具体概况见表1。

表1现场监测垂线概况

(2)根据ADCP现场实测数据，拟合常规水文测验分层流速流向

方法一：根据ADCP现场实测数据，利用计算机编程智能构建最优流速模型，实时拟合常规水文测验分层流速流向，即本发明所提出的方法；

方法二：经大量现场比测分析得出长江口河段上、下盲区的流速估算模型，即常数外推法。表层流速与ADCP实测第一个单元层流速之间的关系为：V^(0.0H)＝V⁽¹⁾ζ,ζ的值由现场比测分析得出在0.98～1.03之间；底层流速与ADCP实测最后一个单元层流速之间的关系为：ζ的值由现场比测分析得出在0.79～0.85之间；基于垂线内相邻上、下水层ADCP实测流速直线内插得出中间四分层(0.2H、0.4H、0.6H、0.8H)流速；

(3)根据方法一、方法二和流速仪实测的分层流速流向，采用矢量合成法分别计算出垂线平均流速流向；

(4)将垂线平均流速投影到单宽断面方向上，由投影后的垂线平均流速乘以相应的即时水深，即得垂线单宽流量。

(5)以根据流速仪实测流速计算的单宽流量为“真值”，分别计算方法一和方法二的相对误差、平均相对误差(系统误差)、随机不确定度。

(6)对比两种方法相对误差、系统误差和不确定度等精度指标，见下表2、表3、表4和图4。

表2方法一相对误差统计

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表3方法二相对误差统计

表4两种方法精度指标统计

从表和图中可知，本发明提出的方法一与流速仪实测数据相比，一个潮周期内80％以上样本数据的相对误差在10％以内，50％以上样本数据的相对误差在5％以内，明显优于方法二；方法一的系统误差和不确定度也比方法二小，这表明本发明提出的方法一可靠性和精度均得到了提升，可以获得更高精度的分层流速流向。产生此现象的主要原因是本发明根据河流水深涨落变化以及流速垂向分布实时变化等情况，采用最优流速模型模拟分层流速流向；而方法二，未考虑河流条件的千差万别和水流运动复杂性，因此本发明提出的方法效果更好。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求。

Claims (10)

1.一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，包括：

S1、获取ADCP现场测验时设置的参数和实测数据；

S2、将ADCP实测的各深度单元层流速分解为X方向的流速分量及Y方向的流速分量；

S3、建立垂线垂向流速表征集；

S4、基于三种经典流速分布算法，分别构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型；

S5、评估所述垂向流速拟合模型的可靠性和精度，确定所述垂向流速拟合模型；

S6、根据所述垂向流速拟合模型，拟合计算常规水文测验X方向和Y方向分层流速；

S7、根据拟合计算的X方向和Y方向的分层流速，采用矢量法计算常规水文测验各分层的流速、流向；

S8、根据拟合计算的X方向和Y方向分层流速，采用加权法计算垂线X方向和Y方向平均流速；

S9、根据X方向和Y方向垂线的平均流速，采用矢量法计算垂线平均流速及流向。

2.根据权利要求1所述的一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S1中的实测数据为：

ADCP在进行测验时，不但将沿航迹断面划分为许多微断面，即垂线，同时也将每一所述微断面垂向上划分为许多小单元，即深度单元，一个所述深度单元相当于一台流速仪，施测深度单元层的流速、流向；

微断面垂线内第一个有效单元的深度D_f为：

微断面垂线内最后一个有效单元的深度D_L为：

D_L＝D_f+(W_n-1)W_s；

河底至水面的高度Z₀为：

Z₀＝D_ADCP+d_实测；

河底至最后一个有效单元下边界的高度Z₁为：

河底至第一个有效单元上边界的高度Z₂为：

其中，D_ADCP为ADCP的入水深度；W_F为余振效应影响的机械盲区，此为厂家给定的技术指标；W_s为深度单元长度；W_n为深度单元数目；d_实测为ADCP实测水深。

3.根据权利要求2所述的一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S2中，

所述X方向的流速分量为：

其中，i为单元层数；V⁽ⁱ⁾为第i个单元层平均流速；α⁽ⁱ⁾为第i个单元层平均流向；为第i个单元层X方向流速分量；/>为第i个单元层Y方向流速分量。

4.根据权利要求3所述的一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S3中，

垂线垂向流速表征集为：

其中，V_X为X方向的流速分量集；V_Y为Y方向的流速分量集；为第i个单元层对应的距河底高度及实测的X方向流速分量；/>为第i个单元层对应的距河底高度及实测的Y方向流速分量。

5.根据权利要求4所述的一种ADCP数据实时拟合的水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S4中，

三种经典流速分布算法为：对数法、幂函数法和抛物线法；

在三种经典流速分布算法基础上，构建X方向和Y方向垂向流速拟合模型为：

垂向整体模型为：

对数：V_w＝AlnZ+B Z∈(0,Z₀)；

幂函数：V_w＝AZ^b Z∈(0,Z₀)；

抛物线：V_w＝A×Z²+B×Z+C Z∈(0Z,₀；

垂向分段模型为：

其中，H为水深；V_w为X轴和Y轴的二维向量；A、B、C为系数；Z为河底边界至计算点高度；Z₀为河底至水面的高度。

6.根据权利要求5所述的一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S5中，采用模型拟合值和常规水文测验流速仪施测的分层流速值进行对比分析，确定垂向流速拟合模型，具体为：

S501、根据构建的所述垂向整体模型和所述垂向分段模型的分层流速值、常规水文测验流速仪施测的分层流速值，分别计算出垂线平均流速流向，再根据垂线平均流速流向计算出垂线单宽流量：

其中，q为单宽流量；为垂线平均流速；/>为垂线平均流向；H为水深；B为单位宽度；θ为单宽断面方位角；

S502、在代表潮周期内，根据所述垂向整体模型和所述垂向分段模型拟合值计算的单宽流量与常规水文测验流速仪施测流速计算的单宽流量对比，分别计算相对误差、系统误差、随机不确定度等精度指标，用来衡量流速构建模型的可靠性和精度：

相对误差：

系统误差：

标准差：

随机不确定度：X′_q＝2S_e；

其中，n为样本总数；X′_i为第i个样本的相对误差；为系统误差；S_e为标准差；X′_q为置信水平为95％的随机不确定度；

S503、根据精度指标分析，确定垂向流速拟合模型为：

当水深小于10m时，垂向整体建模，流速拟合模型为对数或幂函数；当水深大于10m时，分段建模，上段流速拟合模型为对数或幂函数、下段流速拟合模型为抛物线。

7.根据权利要求6所述的一种ADCP数据实时拟合的水文测验分层流速的方法，其特征在于：根据已确定的垂向流速拟合模型，基于相关系数R和标准差S_e，在一个潮周期内不同时间选择最优流速拟合模型方法，具体为：

(1)、当水深小于10m时，垂向整体建模，所有实测单元层参与模型构建，流速拟合模型为对数或幂函数：

Z为河底边界至计算点高度∈(0，Z₀)

选取最优模型的原则为：

其中，n为参与拟合的单元层个数；R为相关系数；S_e为标准差；为第i个深度单元实测流速值；/>为第i个深度单元流速拟合值；/>为n个单元层的实测流速平均值；为n个单元层的拟合流速平均值；

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底层的六个分层X和Y方向流速

(2)当水深大于10m时，分上段局部模型、下段局部模型

上段局部模型，从表层至相对水深0.6H，参与构建上段局部模型的单元层数∈(1,k)，k的计算为：

k为满足公式的最小整数，则：

其中，表示向下取整；

流速拟合模型为对数或者幂函数：

分别构建对数流速模型和幂函数流速模型：

Z为河底边界至计算点高度∈(Z₀-0.6H,Z₀)；

选取最优模型的原则为：

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验表层、0.2H、0.4H、0.6H的四个分层X和Y方向流速；

下段局部模型，从相对水深0.4H，参与构建所述下段局部模型的单元层数∈(k,W_n)，k的计算为：

抛物线：V_w＝A×Z²+B×Z+C,Z为河底边界至计算点高度∈(0,Z₀-0.6H)；

根据最优流速拟合模型，拟合常规水文测验0.8H和底层的二个分层X和Y方向流速。

8.根据权利要求7所述的一种ADCP数据实时拟合的水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S7中，各分层的流速流向为：

其中，t为常规水文测验分层，即0.0H、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、1.0H；为第t分层X和Y方向流速；V^(t)为第t分层流速；a^(t)为第t分层流向。

9.根据权利要求8所述的一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S9具体为：

X方向垂线的平均流速为：

Y方向垂线的平均流速为：

10.根据权利要求9所述的一种ADCP数据实时拟合水文测验分层流速的方法，其特征在于，所述S9中，垂线的平均流速及流向为：

其中，为垂线的平均流速，/>为垂线的平均流向。