淺議ADCP在中小河流水文測驗中的應用

張曉紅

摘 要：水利事業的發展與時代進步，以及科學技術的進步都有著十分密切的關系，而且和人們生活也存在密切的關系。目前，我國多項科學技術都在水利建設中得到了應用，這些技術的應用極大的改善了水利項目的質量。本文以ADCP （聲學多普勒流速剖面儀）為入手點，探討了其在水利項目上的應用，以供參考。

關鍵詞：水文 測驗 中小河流 ADCP

ADCP是由美國學者在1981年根據聲學多普勒理論而設計出的一種設備，經過多年的實踐應用以及不斷的技術改進，目前，已將原來測量海洋的功能逐漸擴展至對河流的流量、流速進行測量，且測量精度得到大幅提升。本文結合筆者的工作經驗，對ADCP在水利項目之中的使用原理進行了探討，并分析了其在實際測驗中的應用情況，具體內容如下：

1.ADCP的使用原理和測量方式

ADCP這種設備主要是借助聲波換能器與聲脈沖波，來測量河流之中的流量與流速情況，操作步驟如下，先是在河流下面放好聲波換能器，由其傳出相應頻率的聲脈沖波，并吸納水中的粒狀物，所傳出的聲脈沖波不只是局限于一個角度，而是出現與多個不同的角度，然后，根據不同頻率之間存在的差值，就可算出流速大小。而且ADCP在實際應用當中，可做到動態、實時的測量流速，而且能夠由多個不同的方向將聲脈沖傳出，為測定流速給出多個不同的數值，從而使所得結果的精確度更高。經過應用這一種測量方式，能夠將河流的實際流速以及斷面流速全部準確的測出，而且通過聲波換能器的作用，能夠使所得的測定結果更加真實與可靠，并使ADCP可在短時間內，就可做到對較大區域流速的測定。

現階段，ADCP在測量水體流速方面使用的測量方式主要有2種：即走航式和定點式，前一種方式是將ADCP放于水下面的船身部位，經由船的行進來完成河流測定，由于是在行進過程中來完成測量的，所以，得到的結果是一種參照船體的相對值。假定水中的粒狀物與流速二者的運動速度是一樣的，則在使用ADCP對粒狀物運動進行水跟蹤后，就可得出相對的流度。若ADCP處于固定的狀態，那么，在水跟蹤后，所獲得的流速就是絕對速度。如果ADCP平臺處于流動的狀態，那么，只要將所獲得的相對流速與平臺移動速度二者相減，就能夠得到水流的絕對速度。而后一種方式是將ADCP放在固定點上面，固定點可以選擇橋墩等，由于是在固定的狀態下進行測量，所以，獲得的測定值為真實值，可直接用在對數據的處理上。

2.ADCP在水文監測方面的應用

通過將ADCP應用在水文監測方面，能夠使獲得的河流測量數據更加的精準，其測定的流速還包括靠近岸兩邊的水流流速。

首先，中小河流進行水文測驗的目的與所顯現出的特點。這里所說的中小河流是指和人們平時生活存在聯系的一些中小河流。可以認為，在這些河流里面所產生的各種不同水文運動，對附近居民的生活造成的影響是很大的。因此，對中小河流采取相關的治理措施以及做水文測驗，將會極大的改善附近居民生活，且有利于防洪抗旱工作。但是，需要引起注意的是，水體在外部影響下，容易使水流量與流速、以及水質出現變化，進而對農業生產與附近人們的生活產生影響。因此，經由采取適合方式對水文進行測驗，將利于相關人員探明水體運動情況，以便有針對性的做好預先防范工作，從而減輕周圍居民生活所受水體運動的影響。但在實際測驗過程中，一定要采取措施避免水體運動對測驗造成影響。

其次，運用ADCP對中小河流實施水文測驗。這一測驗一定要按照以下次序來進行，先是由ADCP向水體傳出相應頻率的聲脈沖，同時，會引起反射波的出下，在反射波被ADCP接收到之后，工作人員就可通過ADCP方程式，對接收到的頻率和原頻率二者的差值做出計算，就能得出水體流速。在水文測驗之中，存在不少可干擾聲脈沖頻率的因素，從而使測量出的水流流速不準，并使得反射聲脈沖頻率出現波動。而且水文運動引起的水體變化，亦會對測定結果產生影響。在進行流量測定當中，水體里面的雜質對聲脈沖產生的反射頻率造成干擾，而且在雜質表面會出現一薄層附著物，由于附著物的存在，就會將雜質與聲脈沖二者進行隔離，從而減少了在雜質上的脈沖反射，進而影響了流量的測定。測定流量過程中，由于ADCP與聲脈沖的頻率變化都是局限在某個區間的，因此，若水體運動非常活躍，則所傳出的聲脈沖，會因為水體中雜質的增多，而減弱反射頻率。例如，在夏季河流水勢旺盛的情況下，由于水體的運動十分活躍，從而攪起底層的大量泥沙，使大量泥沙懸浮在河流之中，這樣一來，就對聲脈沖造成了嚴重的干擾，會使測出的脈沖頻率與真實值之間存在過大的偏差。另外，在運用ADCP來測定水文時，由于不同水體所產生的運動是不同的，所以，也會對測定結果造成很大的干擾。因為受水體靈活性的影響，聲脈沖在傳出過程中，會受到水中懸浮雜質的影響，在測定過程中，當懸浮雜質在水體運動作用下而改變運動方向時，則聲波換能器在傳出聲脈沖之后，就不可能準確的接到已劃定區域中的反射脈沖，這樣就嚴重影響了測定的結果。

為解決應用ADCP進行水文測驗時所出現的問題，須慎重選擇測定地點，要針對穩定流速的水體來測定聲脈沖頻率，以確保測定結果避免外部不利影響，使聲脈沖頻率測定更加精準。而且，在測驗當中要注意流速的對比，也就是將同一水體里面處于不同位置的水流各自具有流速進行對比，從而確保測定數據更加符合實際。

3.應用實例

現以某河流斷面的實時流速測驗數據為依據進行流量計算，詳見表1。

4.ADCP的良好前景

ADCP這這一裝置是現階段進行水流流量測定中所應用的一種最高端的裝置，由于其測驗結果精確、測量效率高，因此受到水文技術人員的青睞，得到較多的應用。隨著在實踐當中取得眾多的測驗成果，許多水文學者開始關注ADCP的研究，相信在今后，ADCP一定會使測量范圍更大，結果精度更高，從而使測定所得到的數據能夠符合有關水文測驗的規定。

5.結語

由上述可知，通過采用ADCP來對不同河段之中的流速進行測驗，可以極大的簡化測驗流程，有助于整理與編定目前的河流水文相關資料。ADCP與以往采用的剖面流速測驗技術對比，具有更高的測量精度，且操作簡捷。隨著今后ADCP在水文測驗中的普及，可為我國在防洪抗旱、及調配水資源等方面，提供出精準、可靠的數據，從而促進我國水文測驗的發展。

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