ADCP河流流量測量應用實例分析

劉洋 李偉 田長濤

摘 要：河流流量測量是水文監測工作重要內容。傳統流量測驗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法測流為當前最新一代河道流量測量方法，其集成了聲學、電磁學、遙感傳輸技術和數據自動處理技術，使河道流量測驗技術實現了自動化、智能化和信息化。文中從ADCP測流原理、方法和應用體驗等方面進行了實例分析，對進一步推廣使用該技術提供了參考借鑒。

關鍵詞：ADCP；河流流量；測量

中圖分類號：P332 文獻標志碼：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。中文通常譯為聲學多普勒流速剖面儀。當裝備有ADCP的測量船（小河流可采用微型遙控船）從河流某斷面一側航行至另一側時，ADCP即刻測出河流流量，其基本原理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，具有能直接測出斷面的流速剖面、測驗歷時短、測速范圍大、測驗人員安全性提高等特點。與傳統的人工船測，橋測，纜道測量，和涉水測量相比其具有以下優點：（1）優于傳統靜態方法測流，

ADCP在隨測量船運動過程中進行測量，極大縮短測流歷時，能夠最大程度測取實時洪峰流量。（2）與傳統方法相比，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，這為在臨時斷面搶測突發洪水提供了便利。（3）具有全程自動化程度高，無需人工過多干預，系統自動判斷成果精度，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。（4）ADCP測流裝置安裝方便，對附屬設施數量要求很少，系統整體質量輕小方便攜帶。

2 ADCP儀器構成與安裝

2.1 船體構件

船體為ADCP系統的載體，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、PNC、GPS構件

系統主機用于儲存數據，連接信號，有三個接口。PNC用于放置電池，給系統提供電能連接信號。GPS用于系統定位，接收和傳輸信號。

2.3 無線連接電腦裝置

該裝置負責存儲、整理和接收數據，有一個接收信號的插口。

2.4 ADCP安裝簡介

（1）首先安裝三條數據電纜線，插頭不能碰到水。（2）觀察PNC和電腦接收器指示燈的變化。（3）默認選擇底跟蹤收集數據，如果漲水泥沙大就用GPS。（4）進行羅盤校正，校正前要確認儀器的周圍沒有任何的磁性物體，盤校時將ADP旋轉完整的二個圓周，在旋轉的過程中，盡可能地搖動ADP，并改變羅盤的縱搖和橫搖的姿態。每旋轉一周至少要保持一分鐘以上的時間。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、走航實測斷面、結束河岸三個階段。（1）開始河岸數據的采集：將測船停在開始測量的河岸處，至少采集10個剖面數據（10秒），然后點擊開始測量，使船體向對岸移動，航行時盡可能地保持恒定的船速和船向。（2）結束河岸數據的采集：當航行橫跨斷面，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，點擊停止測量。（3）重復上述過程。

電腦系統會自動監測每個測回之間的成果偏差，現在按5%偏差控制，如果兩個測回總流量相差不超過5%，則數據顯示為黑色，此測回合格；否則數據顯示為紅色，此測回不合格，應舍去，重新完成一個測回（一般應完成至少兩個測回）。一般情況要用四組數據進行數據成果整理。

3.2 ADCP與傳統流量測驗方式對比分析

經采用實例斷面不同水位級下多測次對比（以流速儀精測法為準），發現傳統流速儀法（常測法）在測驗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上要優于傳統方法，對比分析過程見表1。

4 結束語

ADCP測流法屬新一代流量測驗技術，其總體性能和工作成效優于傳統測流方法，尤其在臨時斷面測流和突發局部洪水，搶測洪峰時，更能體現出其準備時間短、操作簡便、對使用人員技能要求較低、測量成果自動輸出等諸多優點。但該設備還存在諸如設備感應裝置有時過于敏感，對船體走航形式要求較高，缺少精簡化測驗功能的一些弊端，這些都需要隨著實際應用經驗的積累逐漸改進。

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