水文監測中ADCP流量測驗與誤差控制探索

韋婷婷

（河南省三門峽水文水資源勘測局 三門峽 472000）

ADCP 流量測驗模式能夠顯著提升監測效果，確保監測的時效性。但針對磁場、流沙以及河床等不確定條件，很難保證測驗的精準性。斷面測量的時候需要運用牽引設備進行檢測，測量環節中需要正確輸入設備測量斷面參數。與此同時，在開展ADCP 流量測量的時候，河流平均水深若是低于2m，單元高度為10cm 監測精準性更高。

1 ADCP 流量測驗

ADCP 作為現階段比較先進的流量監測設備，其中包含4 個換能器，換能器設備和軸線會直接地形成夾角，各個換能器設備有接收信號和發射信號的功效。發射聲波能夠集中在特定范圍之內，換能器設備把固定聲波頻率傳出。而后，接收聲波觸及到顆粒物之后，將反射回有關聲波信息。如果顆粒運行速度值和水流相同，若換能器設備的附近有顆粒物，在靠近換能器設備所接收回聲頻率會高出發生頻率；若是顆粒物與換能器設備距離相對較遠，換能器設備所接收到的回聲頻率會低于發生頻率。

ADCP 不同的換能器設備軸線，作為一個聲速的坐標，不同的換能器設備測量的流速是水流順著聲速的流速分布。而后，運用聲音坐標以及局部坐標所具有的轉換關系，將聲音坐標之下的流速轉換成為局部坐標所具有的三維流速。最后，運用傾斜儀設備和羅盤設備方向與信息轉換成地球坐標系之下的流速。設定：水體中顆粒物運動速度與水流速度相等，ADCP 所獲得的速度是水流相對速度，若是在穩定平臺中安裝上ADCP，它就能夠跟蹤顆粒物質檢測出的速度也就是絕對水流速度。ADCP 若是在船舶內水跟蹤監測中的相對速度，需要將船舶運動后得到的水流速度忽略掉，然后求出絕對速度。可以將其分成 GPS 測量模式和低跟蹤測量模式，其中低跟蹤測量模式，也就是ADCP 接收和處理合理回波信號跟蹤合理顆粒物狀態。若是沒有移動的推移質，其所監測的速度就是傳播速度，GPS 監測能夠從行際中兩個坐標中GPS 坐標參數獲取，2 點位移除以時間長得到。

ADCP 監測與傳統流速儀相比之下，首先，傳統轉子儀設備模式是固定靜態測量，但是ADCP 監測模式是動態跟蹤與傳播運行進行跟蹤式測量。加之，傳統測量模式需要耗時較長，沒有辦法把斷面劃分得比較細，垂線流速測量點相對較少。而ADCP 測量模式的采樣速率相對較大，可以將子斷面進行精細的劃分，垂線流速測量點相對較多，等同于若干個流速儀設備對水流速度進行同時的測量。傳統測量需要使測量面與河岸垂直，但是ADCP 不需要和河岸進行垂直，只需要對航跡進行測量，就可以當作是斜線。

2 ADCP 測量流量計算

不論哪一種測量模式都有無法測量區域和測量盲區，這就要求相關人員依照標準實施，計算運用ADCP 對流量進行監測，依照流速面積模式對流量進行計算，也就是：流量=河流斷面某區域流速矢量×船舶航跡的單位法線矢量與河流斷面微元面積。

依照公式需要先將垂線平均速度計算出來，ADCP 轉能器設備要進入到水體盲區或是標準深度類系統，沒有辦法直接測量表層速度的區域。加之，會受到聲音的影響，由于河底有聲音干擾相對較大，流速信息將沒有辦法進行利用，導致該區域成為盲區。對此，重線平均速度需要依照底層、表層、中層進行逐一地計算，中層內的平均流速需要依照系統進行直接檢驗，其中參數作為首個與河體單元垂向的單元。運用垂線流速分布，對表層流速進行計算。然后對局邊流量進行計算，由于船舶沒有辦法靠近河邊進行監測，ADCP 沒有辦法對岸邊的流量和流速進行檢測，對此需要運用比例內插法模式對岸邊流量進行計算。

3 偏差控制

3.1 偏差形成

ADCP 流量監測偏差可以降低分成盲區流速分布率定偏差、測速偏差、測深偏差、近岸測距以及岸邊參數偏差等。ADCP 偏差與單元厚度頻率以及測速有直接關聯。一般會受到各種因素的影響，制約幅度以及參數設置都有至關重要的作用。例如，從10 增到170 的時候，偏差都會從8.20cm/s 降到2cm/s。對參數進行完善的時候，需要與檢測的需求有機結合在一起開展現場的實踐。與此同時，如果流速超出其所鎖定的范圍，也會出現偏差造成流速數據信息的監控失效。盲區流速主要是指針對于盲區監測，運用直線模式與流速資料有機結合在一起，對垂線流速分布、對數分布以及指數分布進行研究。在1～2m 的盲區和15%深度之下盲區，運用該種模式將會出現較大的偏差。測深偏差主要是指ADCP監測深度以及系統頻率具有密切關聯,頻率較高則表示出水深較小，若是超出系統頻率參數就會出現偏差，若是河床底部有走沙狀況，運用ADCP 監測信息，就會出現干擾錯誤，誤把水深當成是0 進行處理，所以得的流量也是0。

3.2 偏差分析

船舶運行速度直接關系到流量監測的精準性，行駛速度較慢，流量監測的偏差就會較小，針對于水深較深、河面較寬、系統頻率較高以及河流速度較快的情況，流量檢測偏差會相對較低。但是，不同ADCP 設備的監測影響也有差異。系統偏差與垂向單元長度具有密切關聯，垂向單元長度若是較小，流量監測偏差就會較大。

4 ADCP 流量測驗與誤差控制

4.1 室外測驗

4.1.1 定線比測

將ADCP 與流速儀設備安裝在同側，固定垂線ADCP 流量測驗和誤差控制根據流速儀監測的坐標與測速采樣，收集ADCP 與流速儀設備在不同流速狀況下40 個樣本信息，對測點流速和垂線流速分布進行細致分析。

4.1.2 走航比監測

流速儀設備進行監測的過程中，ADCP 在初級階段到終結階段會反復三次穿過斷面進行流量測定，運用流速儀模式和平均參數模式，對流量進行比較。ADCP 流量檢測偏差相對于傳統偏差一般為5%以下。若是河床浮泥較厚，有移位狀況，傳播速度監測就會產生偏差，導致流量被降低，需要及時地進行修正和計算。

4.1.3 監測

為降低環境因素對水文監測造成的影響，需對不同測流斷面進行5 次以上的監測，選擇其中5 次平均值作為斷面流量的參數。若5 次中有一次測量值與平均值偏差在5%以上，則需分析有無特異參數，如有需再次測量。如無法判斷，則需再測5 次，取10 次平均值作為流量參數。。

4.2 偏差控制方法

ADCP 檢測模式非常適用于水深、河面寬以及流速大的環境，需要適宜地做好選型工作。傳播速度是關鍵性影響因素之一，需要結合河流流速狀況以及實際狀況，對船舶速度進行控制。將垂線平均流速和流量有機地結合在一起，垂線平均流速檢測偏差和水深有較為密切的關系，對此，水深檢測必須要有較強的精準性，在開展檢測的環節中需要做好預測，若是有河床移動，就需要運用精準性較強的設備進行測量，岸邊水面寬可以用目測估量。

5 結語

綜上，在測驗斷面流量使用ADCP 的過程中，實際測量的部位屬于斷面中部，因此這個位置也被叫做ADCP 的實測區。ADCP 原理比較近似于水文流量模式，具有測量快捷和測量方便的特點，能夠實現實時監測，測量精準度較高，具有一定的推廣價值■