走航式ADCP在流量測驗中問題的探討

吳岳善

【摘要】走航式ADCP是一種先進的高科技流量測驗設備。利用ADCP聲學多普勒原理進行流速、流量測驗，它與傳統的流速儀相比具有歷時短、采集數據量大、不擾動流場等優點。本文通過對ADCP多年的應用，初淺分析ADCP在測驗中的問題，通過不斷的探索、發展以求更加全面的掌握ADCP使用技巧，配合測驗規范更好地應用到流量測驗工作中去。

【關鍵詞】多普勒流速儀;流量測驗;解決方案

Discussion on the Problem of Navigation ADCP In Flow Measurement

Wu Yue-shan

（Shangyu Hydrologic StationShangyuZhejiang312300）

【Abstract】Navigation ADCP is a kind of advanced high-tech flow test equipment. ADCP acoustic doppler principle is used for velocity measurement and flow measurement. Compared with traditional flow meter， ADCP has the advantages of short duration， large data collection and no disturbance of flow field. Through the application of ADCP for many years， this paper preliminarily analyzes the problems of ADCP in the flow test. Through constant exploration and development， it aims to master the skills of using ADCP in a more comprehensive way and apply it to the flow test work better with the test specification.

【Key words】Acoustic Doppler Current Profiler;Flow Measurement;Solution

1. 背景概況

上虞區水文站位于曹娥江干流的浙江省紹興市上虞區上浦鎮上浦村覆船山段，該段測驗河段順直，左岸為巖石山，右岸為標準堤，控制流域面積為4459平方公里，斷面跨度325米，河寬302米。2006年7月開始選址，開展項目建議書編制、立項、土地征用、可行性研究、地質勘探、初步設計、招投標等前期準備工作，于2009年5月18日開工建造上虞市水文測報中心，建設投資994.56萬元，2010年9月竣工，投入使用。現有測驗項目：雨量、水位、流量、含沙量、水溫、水質、水面蒸發等。主要負責收集、分析、整編所轄區內的水文資料、代辦站管理與遙測儀器維護管理，以及向各級政府、防汛部門提供及時準確的水情情報預報信息。

2. ADCP流量測驗的必要性

（1）流量測驗是水文工作的主要任務之一，傳統的方法是流速面積法，使用的儀器是轉子式流速儀。這種方法原理簡單、實用性強，但是施測時費工費時，結果計算繁瑣，效率低，且計算過程容易出錯，越來越不能滿足經濟社會和水文事業發展的需要;感潮河段及受人類活動影響的水文測站進行流量測驗，使用傳統的測驗手段更是難以實現。

（2）ADCP是近十幾年發展和應用的新的流量觀測方法，它利用聲學多普勒原理進行流速、流量測驗，具有不擾動流場、歷時短、采集數據量大等諸多優點，可以極大程度地減小勞動強度、增加工作效率、提高現代化水平，成為流量測驗方式發展的趨勢。

3. ADCP應用中的問題

（1）目前，ADCP在應用中問題，按測驗的流程可以劃分為以下3類：硬件問題、軟件問題、測驗問題。硬件、軟件問題不在本文探討，現就測驗問題將在這里作詳細分析。

（2）在制約ADCP發展的障礙當中，其本身的技術問題已經得到了比較好的解決，精度和可靠性得到了廣泛的認同，且隨著科技的發展和認識的深入，這方面的問題將逐漸隱退。目前來說，阻礙其成為流量測驗基本手段歸根結底的原因，是由于ADCP與傳統流量測驗原理和方式不同，所帶來測驗上引起的流量精度問題。

4. ADCP流量測驗的存在問題及解決途徑

4.1三體船ADCP測流。

（1）走航式ADCP常規測流裝置一般配設有專用的三體船，如圖1所示（安裝在三體船上ADCP測流設備見圖1）。

（2）三體船具有三個并列的船體，在平穩水流中能利用水的浮力保持入水深度的穩定，通過纜繩的牽引進行移動。但是當水流過于湍急，三體船容易發生側翻造成儀器進水;當大風天氣，三體船受波浪影響，搖晃幅度大會影響測流精度;測流時水面上有飄浮物時，飄浮物勾住三體船容易造成翻船。

4.2ADCP測流解決方案。

為解決以上發生的各種情況，著手研制一種適用ADCP測流的鉛魚，設計鉛魚圖型、制作模型、選用材料等，經過不斷試驗，成功研制出國內第一只適用ADCP測流的鉛魚，解決了ADCP測流三體船受風速、風向、風浪、流速、漂浮物等因素影響較大的問題，如圖2所示（安裝在鉛魚上的ADCP測流設備見圖2）。

4.3水文纜道測控系統裝置改造。

某些測控系統裝置不能同時使用上、下、進、出操作，為適應ADCP鉛魚平穩運行，我們對水文纜道測控系統裝置進行改造，購買了配件，安裝調試，改造后能同時使用上、下、進、出操作，使ADCP在測流時能隨時調整鉛魚入水深度及鉛魚進出速度。

4.4水面傳感器研制。

為隨時掌握鉛魚入水深度，在鉛魚尾部設有尾鰭，尾鰭上與水線同等高度設有入水和出水能發出不同信號的水面傳感器。可以通過水面傳感器的信號輔助判斷鉛魚入水深度是否達到水線位置。安裝水面傳感器后，在天氣條件不利于觀察時，保證操作人員能及時根據不同聲音調整選調鋼纜控制鉛魚入水深度。

5. 結語

ADCP測流鉛魚，真正具備不受風速、風向、風浪、流速、零散漂浮物的影響，使用效果比較理想，有推廣價值。2012年10月22日該項目申報了實用新型專利，2013年4月3日獲得實用新型專利證書，專利號：ZL201220540818.9。目前，該型鉛魚已在上虞區水文站使用多年，實踐證明，它有效降低了波浪及漂浮物對走航式ADCP的影響，提高了其測量精度。

參考文獻

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