崔 偉，吳曉東，陳建平，程祥吉

（1.松遼委水文局嫩江水文水資源中心，黑龍江齊齊哈爾161000；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021）

無線ADCP在河道輸水損失研究中的應(yīng)用

崔 偉1，吳曉東1，陳建平1，程祥吉2

（1.松遼委水文局嫩江水文水資源中心，黑龍江齊齊哈爾161000；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021）

ADCP是一種利用聲學多普勒原理測量水流速度剖面的儀器。無線ADCP是把儀器探頭裝在配套的遙控測量船上，數(shù)據(jù)通過電臺或藍牙進行傳輸。測量船從河流斷面左岸航行至右岸時，ADCP不僅可實時測出河道流速、流量等信息。文中論述的方法相對于傳統(tǒng)河道斷面測量的方法，最大的優(yōu)點是操作人員僅需在岸上進行操作，極大降低了水上作業(yè)危險性。

ADCP；斷面測量；河流斷面；流量測驗；多普勒原理

ADCP是一種利用聲學多普勒原理測量水流速度剖面的儀器，自帶的測速、測深、定位功能可直接測出斷面的流速剖面，且具有不擾動流場、測驗歷史短，測速范圍大等特點，被廣泛用于海洋、河口的流速和流量測驗等工作中。走航式ADCP是把儀器探頭及數(shù)據(jù)傳輸電臺都裝配到遙控測船上，測得數(shù)據(jù)通過電臺或藍牙與岸邊工作人員手持筆記本電腦進行數(shù)據(jù)傳輸。遙控測船從河流斷面左（右）岸航行至對岸時，ADCP不僅可實現(xiàn)測出河道流速、流量等信息，也可測出ADCP經(jīng)過軌跡處的水深。ADCP測出的數(shù)據(jù)經(jīng)過更正，可形成河道斷面數(shù)據(jù)。文中無線ADCP在察爾森水庫下游兩省（區(qū)）河道輸水損失研究中的應(yīng)用，最大的優(yōu)點是操作人員僅需在岸邊進行操作，極大地降低水上作業(yè)的危險性，同時滿足本次測流任務(wù)中具體測流要求。

1 ADCP測流基本原理

ADCP（Acoustic Doppler Current Profilers），即聲學多普勒流速剖面儀，其原理是依據(jù)聲學多普勒效應(yīng)。ADCP一般配有4個換能器，與ADCP軸線成一定夾角，每個換能器既是發(fā)射器有事接收器，假定顆粒物的運動速度和水體流速相同，當顆粒物的運動方向接近換能器時，聆聽到的回波頻率比發(fā)射波的頻率高；檔顆粒物的運動方向背離換能器時，聆聽到的回波頻率比發(fā)射波的頻率低，這種現(xiàn)象即聲學多普勒頻移。

ADCP通過水跟蹤（由水中顆粒的回波測量水流相對于ADCP的運動）測得水流相對于遙控測船的速度。遙控測船的速度通過底跟蹤（由河底的回波測量相對于ADCP的運行）測得，或由GPS算出。

2 研究項目流量測驗區(qū)域特點

察爾森水庫下游2?。▍^(qū)）河道輸水損失研究項目是以察爾森水庫壩址至吉林省大安市的慶友攔河閘上游，共計214 km河道范圍作為勘察范圍。要求從2016年4月12日—5月31日，在察爾森水庫至慶友攔河閘上有區(qū)間河道，共設(shè)9個地表水監(jiān)測斷面，實測6個監(jiān)測斷面開展逐日流量測驗工作。通過實地踏勘發(fā)現(xiàn)，根據(jù)實際情況，符合測量規(guī)范要求的6個監(jiān)測斷面，河道較窄，水深差距較大；流量較小時，部分斷面會出現(xiàn)淺灘。同時，監(jiān)測范圍大，監(jiān)測斷面之間多以鄉(xiāng)村路線為主，路況極差。結(jié)合以上原因，無法動用常規(guī)動力船只，且監(jiān)測點附近并無橋梁，無法實現(xiàn)橋測，使用常規(guī)流速儀無法實現(xiàn)逐日流量測驗要求。

3 無線ADCP的應(yīng)用

測量采用的ADCP采用美國RDI公司生產(chǎn)的瑞江600 RHz寬帶ADCP。圖1，圖2為ADCP在察爾森水庫下游兩?。▍^(qū)）河道輸水損失項目中“滿洲代二”監(jiān)測斷面進行河道流量測量的實例，分別為流速等值圖與航跡和流速矢量圖。

圖2 航跡和流速矢量圖（相對于底跟蹤）

將ADCP通過藍牙直接與計算機連接，使用WinRiver軟件即能在遙控測船沿測流斷面方向航行時直接測出斷面流量。其斷面線導(dǎo)航定位采用GPS TIK技術(shù)進行。測流時，因為ADCP是動態(tài)的，可在隨測船運動的過程中進行測量，遙控測船的航跡可以是斜線或曲線，極大地方便施測作業(yè)。

3.1 準備工作

入水前啟動遙控測船，通過遙控器測試螺旋槳是否正常前后轉(zhuǎn)動；安裝ADCP及電臺電池，注意做好電池倉密封防水處理；打開筆記本電腦上的WinRiver軟件，配置ADCP與計算機的通訊連接后可以開始測流。

3.2 測量過程

在開始測量之前，點配置菜單，選相對于（即速度參考）為底跟蹤。

3.2.1 建立斷面測量始終點

1）測量中使用激光測距儀先測出岸邊距，測船離岸向外移動ADCP到深度單元=2的顯示流量的位置，在這個位置用測距儀測出開始岸邊距。

2）操縱遙控測船使船頭盡量保持逆流、勻速、緩慢的駛離岸邊。

3）等接近對岸時，在有2個有效單元顯示流量的位置，用測距儀測出測船距離，由斷面岸邊距與開始岸邊距得出結(jié)束岸邊距。

4）保持位置采集10個數(shù)據(jù)（缺省設(shè)置）。靜止期間采集的數(shù)據(jù)將保存到原始數(shù)據(jù)文件中，為了準確的計算岸邊流量。結(jié)束該測次的測量。

3.2.2 多個測回采集流量數(shù)據(jù)

通過重復(fù)流量測量步驟獲得多次流量測量數(shù)據(jù)，流量測次數(shù)為偶數(shù)，而且多次平均的不確定度小于單次的，結(jié)合每日水位變化提高測量精度。

3.3 注意問題

1）船速越慢精度越高，一般船速不超過最大流速。

2）在開始及結(jié)束測量的岸邊，船應(yīng)稍停留片刻，以便獲得用于計算岸邊流量的10個平均數(shù)據(jù)。

3）應(yīng)當用多次斷面測量的平均值（至少4次，即來回2次）作為最后的河流流量測量結(jié)果。

4）注意做好遙控測船電池盒及電臺防水密閉措施。

4 結(jié)語

在當今的水文測驗研究中，ADCP水文測驗一直是受我國研究人眼重視的一項工程。但是在實際水文測驗中，還存在一些問題，會在今后的實踐中逐步探索、尋求有效的解決途徑。通過計算機、通信等其他領(lǐng)域先進技術(shù)科學整合，使ADCP與傳統(tǒng)的水文測驗相結(jié)合，讓ADCP在水文測驗中實現(xiàn)更廣泛地推廣與應(yīng)用。

TV12；TV697.1+9 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

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1002—0624（2017）09—0069—02

2017-03-07