走航式ADCP在水文站的應(yīng)用分析

朱 宇，李 暢，楊丹陽

（恩施州水文水資源勘測局 湖北，恩施 445000）

在信息化時代下，我國科學(xué)技術(shù)水平得到了突飛猛進地發(fā)展，以測驗設(shè)備為例，傳統(tǒng)的測驗設(shè)備在當(dāng)前時代背景下已然落后，不僅自身存在著較大的數(shù)據(jù)誤差，在操作方面也不夠簡單有效，以至于整個測驗工作的最終質(zhì)量和效率也無法得到較為有效的提升。而ADCP的出現(xiàn)，其本身不僅具有極高的科學(xué)技術(shù)水平，同時具備了操作簡單、數(shù)據(jù)采集效率較高、范圍較大以及高效性的特性，逐漸變成我國社會在進行水文站監(jiān)測過程中最常使用的測驗儀器。通常情況下，ADCP可以根據(jù)不同束流方式進行兩種不同類型的分類，分別是水平式ADCP以及本文所涉及到的走航式ADCP。

1 水文站基本情況

1.1 監(jiān)測河段

本文所舉例的水文站當(dāng)前處于清江流域之中，受到地形與周邊環(huán)境的影響，相關(guān)人員在采用傳統(tǒng)測驗儀器進行測驗的過程中往往會出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量較低且具有真實性的情況發(fā)生。為了避免出現(xiàn)這一問題，水文站選擇使用走航式ADCP測驗設(shè)備。在清江流域所測驗的河段大約在3000m左右，整個河流以直線的姿態(tài)進行流動，其中很少會出現(xiàn)轉(zhuǎn)角，能夠有效提升相關(guān)人員使用ADCP的工作效率。而從周邊地質(zhì)環(huán)境來講，所測量的具體河段左岸處于邊坡地形，且坡度相對平緩，而右邊則呈現(xiàn)出丘陵地形，在進行測量工作過程中相關(guān)人員需要根據(jù)實際情況進行設(shè)備的調(diào)整。

1.2 水文斷面

水文斷面是水文站在進行測量工作中不可缺少的重要工作，因而在進行本次水文斷面測驗的過程中相關(guān)人員需要提前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。通過設(shè)備測量，本次水文站的水文測量過程中整體寬度處于25～60m區(qū)間之中，由于該地區(qū)季節(jié)降水幅度相對較大，但該水文斷面屬小河站，因而整體年水位的幅度變換量不會超高最大值6.56m。此外，水文站相關(guān)人員想要確保整個水文監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性與有效性，就要對河床部分進行區(qū)域分化，河床由粗砂、卵石組成。左岸鋼筋混凝土護岸，右岸為漿砌塊石護岸。

2 比測設(shè)備配置

2.1 硬件設(shè)備配置

水文站相關(guān)人員在進行比測設(shè)備的配置過程中，需要先對整個設(shè)備的硬件部分進行選擇。在進行水文測驗工作前，相關(guān)人員需要根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇符合要求的流速儀器，并交由相關(guān)檢測中心進行檢測，以此來確保所用設(shè)備能夠滿足本次比測需求。而在進行走航式ADCP的應(yīng)用過程中，相關(guān)人員通常會將其安裝在船只的中間部分，儀器探頭部分的進入深度最好不要超過0.8m。在進行設(shè)備安裝的過程中，相關(guān)人員需要確定其處于縱軸垂直狀態(tài)，并且能夠以自然垂直的姿勢進行水體測驗。

2.2 軟件設(shè)備

走航式ADCP在軟件設(shè)備方面一般都會使用Win-River，與其他類型的軟件設(shè)備不同，WinRiver不僅具有極高的信息傳輸能力，自然的抗干擾能力也十分優(yōu)越，能夠在相對糟糕的環(huán)境中對水文環(huán)境的數(shù)據(jù)資料進行準(zhǔn)確分析與儲存。通常情況下，ADCP的軟件設(shè)備會對整個測驗點的坐標(biāo)位置、測驗范圍、水流流向以及時均流速進行全方位記錄，并且根據(jù)現(xiàn)場實際情況對整個水文環(huán)境的回聲強度以及水溫情況進行數(shù)據(jù)分析，以此來確保最終測量結(jié)果的精度不會產(chǎn)生較大的偏差。

3 比測內(nèi)容和方法

3.1 流量比測

在進行流量比測的過程中，水文站相關(guān)人員需要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行相應(yīng)的調(diào)整與規(guī)劃，在整個比測環(huán)節(jié)，相關(guān)人員所采用的走航式ADCP橫渡法需要與之前所用到的流速儀法進行相應(yīng)的對比，在這一過程中，相關(guān)人員需要確保所測驗的水文環(huán)境深度在10m規(guī)定范圍內(nèi)，并且整個施工工藝都要符合相關(guān)水文環(huán)境測量需求，以此來確保數(shù)據(jù)對比的有效性不會因外界因素而受到影響。對于水文站的測驗工作而言，流量比測無疑是十分重要的，通過與常規(guī)測量方法結(jié)果的比較，相關(guān)人員不僅能夠直觀感受到水體質(zhì)量的偏差，同時還能對日后的河流規(guī)劃提供較為詳細的數(shù)據(jù)支持。

3.2 垂線定點流速比測試

垂線定點流速比測是水文站在使用走航式ADCP設(shè)備時最常用到的比測內(nèi)容方法，通常情況下，在水文站的流速儀測流斷面中，水文站工作人員需要先對ADCP的垂線位置進行速度測驗，并且以ADCP浮船為參考物，利用流速儀一同進行相應(yīng)的同步流速分析，而在利用流速儀進行常規(guī)的水文流速測驗過程中，相關(guān)人員一般都會采用兩點法，并且整個測驗時間不能低于兩分半鐘。在進行走航式ADCP設(shè)備的過程中，相關(guān)人員需要在測驗開始階段以及結(jié)束階段進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，并取平均值作為最終流速數(shù)據(jù)的判定。

4 走航式ADCP測驗實驗方案

第一，走航式ADCP測驗實驗方案的設(shè)計過程中，相關(guān)人員需要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)完成后續(xù)的流量測驗工作。而在安裝相應(yīng)的換能設(shè)備時，相關(guān)人員需要確保其處于垂直狀態(tài)，換能設(shè)備的正向位置需要與船頭相對，并且在后續(xù)的測量過程中能夠時刻與船體本身保持相應(yīng)的水平平行。而在進行換能設(shè)備入水深度的設(shè)計過程中，相關(guān)人員需要結(jié)合當(dāng)前實際情況，嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將其控制在0.5m以上，從而確保后續(xù)工作能夠順利開展。在完成換能設(shè)備的安裝工作后，工作人員還要對其進行較為詳細的檢查，在確認(rèn)無誤后才能進行有關(guān)GPS設(shè)備的安裝，以此來確保整個測驗結(jié)果的精準(zhǔn)性與實效性。

第二，單次施測過程中，在起點位置應(yīng)調(diào)整好航向，在接到相應(yīng)的信號后，才能算作開始。在后續(xù)的工作過程中，相關(guān)人員需要確保整個ADCP測驗設(shè)備在起、終點位置所停留的時間不得低于三次，以此來確保脈沖信號不會因此受到不利影響。此外，航跡應(yīng)與測流斷面線盡量重合。船速盡量小于或等于水流平均速度，并勻速航行。避免順、逆向交錯航行和船首的擺動。測船應(yīng)盡量靠近水邊，以減小兩岸邊盲區(qū)范圍。

5 結(jié)論

綜上所述，ADCP的出現(xiàn)對于水文流量測驗工作有著極為有效的促進作用，在使用走航式ADCP設(shè)備的過程中，水文站工作人員需要嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且根據(jù)實際情況進行相關(guān)工作環(huán)節(jié)的調(diào)整與規(guī)劃，以此來確保后續(xù)工作能夠順利進行，進而提高水文測驗工作的效率和測流精度。