ADCP與流速儀法流量對比分析

作者簡介:王立國（1970-），男，吉林長春人，高級工程師，現從事水文測驗工作。

摘 要: 隨著時代的發展，水文儀器已進入高科技時代，ADCP即多普勒流速剖面儀是目前測量江河流量的最高端產品，但任何儀器設備都不是萬能的，對于操作者來說將提出更高的要求。本文通過與流速儀法對比分析，總結出了利用兩種不同的方法所存在的差異，對于同行業使用ADCP測流具有一定的參考價值。

關鍵詞:ADCP 流速儀 對比分析

中圖分類號：P33 文獻標識碼：A 文章編號1674-098X(2011)10(b)-0000-00

1情況簡介

松花江（六）站是松花江控制站，也是國家重要水文站。該站位于吉林省德惠市松花江鎮，設立于1923年1月，最初站名為松花江鐵橋；1933年11月更改站名為松花江； 1966年6月經過幾次遷移，最后為目前的松花江（六）水文站，集水面積51500km2。暢流期采用牽船索人工擺舵船上測流。

該站ADCP于2008年就已經配置到位，近幾年來一直在進行對比及操作訓練，目前該站人員已經能夠對ADCP進行熟練操作和使用，對比數據經計算分析合理可靠，具備投入使用的條件。

ADCP是利用多普勒效應原理進行流速測量。ADCP因其原理的優越性，突破傳統機械轉動為基礎的傳感流速儀，用聲波換能器作傳感器，換能器發射聲脈沖波，聲脈沖波通過水體中不均勻分布的泥沙顆粒、浮游生物等反散射體反散射，由換能器接收信號，經測定多普勒頻移而測算出流速。ADCP具有能直接測出斷面的流速剖面、具有不擾動流場、測驗歷時短、測速范圍大等特點。目前被廣泛用于海洋、河口的流場結構調查、流速和流量測驗等。

與傳統的人工船測，橋測，纜道測量，和涉水測量的基本原理一樣：在測流斷面上布設多條垂線，在每條垂線處測量水深并測量多點的流速從而得到垂線平均流速，但ADCP所測的垂線可以很多，每條垂線上的測點也很多。

2對比分析的目的

通過對比ADCP測流與常規流速儀測流數據，分析之間存在差異的原因，可以盡量減少由于操作不當產生的誤差，以便ADCP在本站更好地投入應用。同時還可以解決本站由于偏角測量引起的流量改正等一系列問題。

3對比時間及方式

本次對比共分為冰期和暢流期兩個階段，冰期采用定點測量的方式，暢流期采取走航的方式。2008年汛期ADCP在松花江站進行了試運行，當年年末針對冰期松花江流量上下游不合理進行了定點測量，同流速儀進行了對比分析。2009年暢流期，又進行了5次對比分析，測時水位分別為：90.06m、89.88m、89.36m、89.84m、89.40m。流速儀測流采用30公斤鉛魚懸吊流速儀，測深采用鉛魚懸索測深，起點距定位采用讀距索。

4儀器類型

松花江站配備的ADCP為美國RAI公司生產駿馬系列1200khz四波速聲學多普勒流速剖面儀，流速儀選用重慶產LS68型流速儀，儀器公式為V=0.6713n+0.0035。

5測流對比分析

5.1冰期對比分析結果

2009年1月14日和2月28日分別進行了2次冰期ADCP對比分析，見表5.1，通過對比分析，ADCP四次測流結果算術平均為350m3/s，單次相對偏差均小于5%，測流結果符合要求。流速儀第1次在不加偏角改正的情況下2次流量平均為326 m3/s，進行偏角改正后平均流量為261 m3/s，由以上兩組數據說明，冰期測流在不加偏角校正的情況下與ADCP測流結果偏差較小，相對偏差為4.17%，而通過偏角修正，相對偏差較大達到34.2%。由此可見，冰期測驗使用流速儀在數據處理時不加偏角修正數據較為合理。

5.2暢流期對比分析結果

2009年暢流期間共計對比分析了5次，分別為全年流量測次的17次、19次、22次、33次和34次，ADCP對比分析10次。第一次流速儀測流結果為531m3/s（采用ADCP測流時水位上漲了0.02m，通過水位流量關系線查得90.08m時流量為540 m3/s），ADCP測流2次平均為562 m3/s，相對偏差為4.07%；第二次流速儀測流結果為465m3/s，ADCP測流2次平均為459 m3/s，相對偏差為3.76%；第三次流速儀測流結果為287m3/s，ADCP測流為290 m3/s（結果有一次偏差較大，未做2次平均），相對偏差為1.05%；第四次流速儀測流結果為443m3/s，ADCP測流2次平均為452 m3/s，相對偏差為1.92%；第五次流速儀測流結果為296m3/s，ADCP測流2次平均為306 m3/s，相對偏差為3.38%。

5.3暢流期對比相關性分析

通過對以上5次流量對比所得數據分析，ADCP與流速儀測流相關性較好，相關系數為1.0081。5次流量相對偏差均小于5%，平均偏差為2.84%。

5.4誤差分析

從對比數據結果分析，采用ADCP測流較流速儀略有偏大，其主要原因是由于受到流速儀測流布設垂線的局限性，不可避免的會產生斷面切割現象，使得所測的面積偏小，而采用走航式ADCP測流則避免了面積所產生的誤差，因此ADCP測流較流速儀測流結果偏大是合理的。

6結論及建議

通過冰期及暢流期流量對比分析，冰期在不加偏角改正的情況下，流量相差較小，相對偏差為4.17%，暢流期平均相對偏差為2.84%，單次最大偏差均在5%以內。因此通過對比分析，ADCP與流速儀測流偏差較小，二者之間誤差均小于10％，符合水文測驗規范的要求。ADCP投入使用的條件已經成熟。但在使用的過程中，應該注意以下問題：

6.1應熟練掌握ADCP參數配置以及換能器吃水深、岸邊距等變量設置，否則對流量影響較大。

6.2作業船航速是影響流量測量精度的重要因素，且可以由測量者控制。航速越低，流量測量誤差越小，一般航速可以控制在0.5～1.0 m/s之間。河面越寬、河流流速越大、系統頻率越高、系統發射速率越快，其流量的測量誤差就越小。

6.3除此之外，由于采用ADCP測流無法布設測沙垂線，因此建議懸移質輸沙率測驗采用全斷面混合法。

6.4ADCP在冰期由于定點測流無法使用無線方式，操作較為不便，因此建議仍然使用流速儀測流，且計算時不加偏角改正。

6.5在測流前，進行接線安裝時，一定要嚴格按照規定進行連接，特別是蓄電池的正負極不要接錯，否則將會燒毀有關電器元件。

6.6每次插ADCP上的插頭時，要抹一點硅脂，硅脂不能太多，也不能太少，插好ADCP上的插頭后，要鎖好鎖圈，而在拔下插頭前，一定要先松開鎖圈。

6.7拆裝時，一定要給換能器戴好保護帽，換能器也不能承受強烈震動和敲擊，換能器表面要注意保護，不能劃傷。