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(jìn)的高科技流量測驗設(shè)備。利用ADCP聲學(xué)多普勒原理進(jìn)行流速、流量測驗，它與傳統(tǒng)的流速儀相比具有歷時短、采集數(shù)據(jù)量大、不擾動流場等優(yōu)點。本文通過對ADCP多年的應(yīng)用，初淺分析ADCP在測驗中的問題，通過不斷的探索、發(fā)展以求更加全面的掌握ADCP使用技巧，配合測驗規(guī)范更好地應(yīng)用到流量測驗工作中去。

【關(guān)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(qū)水文站位于曹娥江干流的浙江省紹興市上虞區(qū)上浦鎮(zhèn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)勘探、初步設(shè)計、招投標(biāo)等前期準(zhǔn)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(shè)投資994.56萬元，2010年9月竣工，投入使用。現(xiàn)有測驗項目：雨量、水位、流量、含沙量、水溫、水質(zhì)、水面蒸發(fā)等。主要負(fù)責(zé)收集、分析、整編所轄區(qū)內(nèi)的水文資料、代辦站管理與遙測儀器維護(hù)管理，以及向各級政府、防汛部門提供及時準(zhǔn)確的水情情報預(yù)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(wù)之一，傳統(tǒng)的方法是流速面積法，使用的儀器是轉(zhuǎn)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(jié)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(jīng)濟社會和水文事業(yè)發(fā)展的需要;感潮河段及受人類活動影響的水文測站進(jìn)行流量測驗，使用傳統(tǒng)的測驗手段更是難以實現(xiàn)。

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

3. ADCP應(yīng)用中的問題

（1）目前，ADCP在應(yīng)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(xiàn)就測驗問題將在這里作詳細(xì)分析。

（2）在制約ADCP發(fā)展的障礙當(dāng)中，其本身的技術(shù)問題已經(jīng)得到了比較好的解決，精度和可靠性得到了廣泛的認(rèn)同，且隨著科技的發(fā)展和認(rèn)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(jié)底的原因，是由于ADCP與傳統(tǒng)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(guī)測流裝置一般配設(shè)有專用的三體船，如圖1所示（安裝在三體船上ADCP測流設(shè)備見圖1）。

（2）三體船具有三個并列的船體，在平穩(wěn)水流中能利用水的浮力保持入水深度的穩(wěn)定，通過纜繩的牽引進(jìn)行移動。但是當(dāng)水流過于湍急，三體船容易發(fā)生側(cè)翻造成儀器進(jìn)水;當(dāng)大風(fēng)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(fā)生的各種情況，著手研制一種適用ADCP測流的鉛魚，設(shè)計鉛魚圖型、制作模型、選用材料等，經(jīng)過不斷試驗，成功研制出國內(nèi)第一只適用ADCP測流的鉛魚，解決了ADCP測流三體船受風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)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(shè)備見圖2）。

4.3水文纜道測控系統(tǒng)裝置改造。

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

4.4水面?zhèn)鞲衅餮兄啤?/p>

為隨時掌握鉛魚入水深度，在鉛魚尾部設(shè)有尾鰭，尾鰭上與水線同等高度設(shè)有入水和出水能發(fā)出不同信號的水面?zhèn)鞲衅鳌？梢酝ㄟ^水面?zhèn)鞲衅鞯男盘栞o助判斷鉛魚入水深度是否達(dá)到水線位置。安裝水面?zhèn)鞲衅骱螅谔鞖鈼l件不利于觀察時，保證操作人員能及時根據(jù)不同聲音調(diào)整選調(diào)鋼纜控制鉛魚入水深度。

5. 結(jié)語

ADCP測流鉛魚，真正具備不受風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)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(qū)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。

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