劉洋 李偉 田長濤

摘 要：河流流量測量是水文監(jiān)測工作重要內(nèi)容。傳統(tǒng)流量測驗(yàn)方式一般有人工船測、橋測、涉水測量和纜道測量等，屬面積流速法測流原理。文章介紹的ADCP法測流為當(dāng)前最新一代河道流量測量方法，其集成了聲學(xué)、電磁學(xué)、遙感傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)自動(dòng)處理技術(shù)，使河道流量測驗(yàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化和信息化。文中從ADCP測流原理、方法和應(yīng)用體驗(yàn)等方面進(jìn)行了實(shí)例分析，對進(jìn)一步推廣使用該技術(shù)提供了參考借鑒。

關(guān)鍵詞：ADCP；河流流量；測量

中圖分類號：P332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0170-02

Abstract： The measurement of river discharge is an important part of hydrological monitoring. The traditional flow measurement methods generally include artificial ship survey， bridge survey， wading measurement and cable-way measurement， which belong to the flow measurement principle of area velocity method. The ADCP method introduced in this paper is the latest generation of river flow measurement method. It integrates acoustics， electromagnetism， remote sensing transmission technology and data automatic processing technology， which makes the river flow measurement technology realize automation， intelligence and information. In this paper， the principle， method and application experience of ADCP current measurement are analyzed， which provides a reference for further popularizing and using this technique.

Keywords： ADCP； river discharge； measurement

1 ADCP流量測量原理簡介

ADCP是英文Acoustic Durrent Profiler的縮寫。中文通常譯為聲學(xué)多普勒流速剖面儀。當(dāng)裝備有ADCP的測量船（小河流可采用微型遙控船）從河流某斷面一側(cè)航行至另一側(cè)時(shí)，ADCP即刻測出河流流量，其基本原理是利用多普勒效應(yīng)原理進(jìn)行流速測量。ADCP因其原理的優(yōu)越性，突破傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)為基礎(chǔ)的傳感流速儀，具有能直接測出斷面的流速剖面、測驗(yàn)歷時(shí)短、測速范圍大、測驗(yàn)人員安全性提高等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的人工船測，橋測，纜道測量，和涉水測量相比其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）優(yōu)于傳統(tǒng)靜態(tài)方法測流，

ADCP在隨測量船運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行測量，極大縮短測流歷時(shí)，能夠最大程度測取實(shí)時(shí)洪峰流量。（2）與傳統(tǒng)方法相比，ADCP不要求測流斷面垂直于河岸，船行軌跡可以是斜線或曲線，這為在臨時(shí)斷面搶測突發(fā)洪水提供了便利。（3）具有全程自動(dòng)化程度高，無需人工過多干預(yù)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷成果精度，測速范圍大、流速、流量、流向、水深等水文要素成果一次形成的特點(diǎn)。（4）ADCP測流裝置安裝方便，對附屬設(shè)施數(shù)量要求很少，系統(tǒng)整體質(zhì)量輕小方便攜帶。

2 ADCP儀器構(gòu)成與安裝

2.1 船體構(gòu)件

船體為ADCP系統(tǒng)的載體，一般有遙控和拖拽兩種。船體配有平衡尾翼和嵌入掛鉤柱，船體一般長約1.5m，寬0.7m。

2.2 主機(jī)、PNC、GPS構(gòu)件

系統(tǒng)主機(jī)用于儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，連接信號，有三個(gè)接口。PNC用于放置電池，給系統(tǒng)提供電能連接信號。GPS用于系統(tǒng)定位，接收和傳輸信號。

2.3 無線連接電腦裝置

該裝置負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、整理和接收數(shù)據(jù)，有一個(gè)接收信號的插口。

2.4 ADCP安裝簡介

（1）首先安裝三條數(shù)據(jù)電纜線，插頭不能碰到水。（2）觀察PNC和電腦接收器指示燈的變化。（3）默認(rèn)選擇底跟蹤收集數(shù)據(jù)，如果漲水泥沙大就用GPS。（4）進(jìn)行羅盤校正，校正前要確認(rèn)儀器的周圍沒有任何的磁性物體，盤校時(shí)將ADP旋轉(zhuǎn)完整的二個(gè)圓周，在旋轉(zhuǎn)的過程中，盡可能地?fù)u動(dòng)ADP，并改變羅盤的縱搖和橫搖的姿態(tài)。每旋轉(zhuǎn)一周至少要保持一分鐘以上的時(shí)間。在每一次流量測量之前，都要做一次羅盤校正。（5）安裝過程中必須讓測船盡可能地靜止在岸邊。

3 ADCP測流實(shí)例分析

3.1 ADCP走航過程

首先要注意最小測量水深的限制，一般斷面水深不能小于0.3m。

一次流量的走航測量可以分成：開始河岸、走航實(shí)測斷面、結(jié)束河岸三個(gè)階段。（1）開始河岸數(shù)據(jù)的采集：將測船停在開始測量的河岸處，至少采集10個(gè)剖面數(shù)據(jù)（10秒），然后點(diǎn)擊開始測量，使船體向?qū)Π兑苿?dòng)，航行時(shí)盡可能地保持恒定的船速和船向。（2）結(jié)束河岸數(shù)據(jù)的采集：當(dāng)航行橫跨斷面，到了對岸，輸入距岸邊的距離。至少10秒，并盡可能地停住測船，點(diǎn)擊停止測量。（3）重復(fù)上述過程。

電腦系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)監(jiān)測每個(gè)測回之間的成果偏差，現(xiàn)在按5%偏差控制，如果兩個(gè)測回總流量相差不超過5%，則數(shù)據(jù)顯示為黑色，此測回合格；否則數(shù)據(jù)顯示為紅色，此測回不合格，應(yīng)舍去，重新完成一個(gè)測回（一般應(yīng)完成至少兩個(gè)測回）。一般情況要用四組數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)成果整理。

3.2 ADCP與傳統(tǒng)流量測驗(yàn)方式對比分析

經(jīng)采用實(shí)例斷面不同水位級下多測次對比（以流速儀精測法為準(zhǔn)），發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)流速儀法（常測法）在測驗(yàn)成果精度上還是要高于ADCP測流法，但精度差異較小。ADCP測流法在人員使用要求和測流歷時(shí)上要優(yōu)于傳統(tǒng)方法，對比分析過程見表1。

4 結(jié)束語

ADCP測流法屬新一代流量測驗(yàn)技術(shù)，其總體性能和工作成效優(yōu)于傳統(tǒng)測流方法，尤其在臨時(shí)斷面測流和突發(fā)局部洪水，搶測洪峰時(shí)，更能體現(xiàn)出其準(zhǔn)備時(shí)間短、操作簡便、對使用人員技能要求較低、測量成果自動(dòng)輸出等諸多優(yōu)點(diǎn)。但該設(shè)備還存在諸如設(shè)備感應(yīng)裝置有時(shí)過于敏感，對船體走航形式要求較高，缺少精簡化測驗(yàn)功能的一些弊端，這些都需要隨著實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累逐漸改進(jìn)。

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