ADCP在我省流量監(jiān)測中的應用與推廣

□李媛媛

流量是最主要的一項水文要素，也是防汛抗旱及水資源量計算的重要依據(jù)。傳統(tǒng)的流量監(jiān)測儀器為轉(zhuǎn)子式流速儀，隨著水文現(xiàn)代化的發(fā)展，新型的流量監(jiān)測儀器相繼問世。新型儀器以其獨特的優(yōu)越性得以推廣，但對新儀器的應用仍需多加審慎。此文對流量監(jiān)測中應用最為廣泛的新型儀器ADCP的原理進行簡單介紹，并深入剖析其在應用中的要點，提出了新型水文儀器的推廣應用及建議。

1.聲學多普勒流速剖面儀ADCP介紹

ADCP即聲學多普勒流速剖面儀，是20世紀80年代初發(fā)展起來的一種新型流量監(jiān)測儀器。聲學多普勒流速剖面儀有走航式、定點式和便攜式3種類型，我省主要引進了走航式ADCP。走航式ADCP使用靈活方便，在臨時斷面的巡測工作中充分發(fā)揮了重要作用。定點式主要適用于固定斷面的實時在線監(jiān)測；便攜式ADCP具有最高的靈活性，適用于枯期巡測、濕地等。

1.1 走航式ADCP的儀器構(gòu)成

儀器主體通常是由一個四聲束換能器與電子部件、磁通門羅盤、傾斜計、溫度傳感器、底跟蹤固件等組成一個整體結(jié)構(gòu)，安裝于水下。

1.2 走航式ADCP的工作原理

ADCP利用聲學多普勒效應原理進行剖面流速測量。用聲波換能器作為傳感器，換能器發(fā)射聲脈沖波，聲脈沖波通過水體中不均勻分布的泥沙顆粒、浮游生物等散射，由換能器接收信號，經(jīng)測定多普勒頻移從而測算流速。由于ADCP在流量監(jiān)測作業(yè)中測船是運動的，儀器測得的是相對地球坐標的流速矢量與船速矢量的合成。安裝河底跟蹤器可以解算船速矢量，從而獲得水流的速度和方向。（注意：若河底有流沙或沖淤變化，此時河底跟蹤技術(shù)失效，需要外加GPS進行定位。）羅經(jīng)和傾斜儀起到對測船航行時發(fā)生的擺動進行修正的作用。

2.聲學多普勒流速剖面儀ADCP在流量監(jiān)測工作中的應用要點

首先，聲學多普勒流速儀在投入使用前，應與轉(zhuǎn)子式流速儀進行比測，并編寫分析報告。以流速儀測得流量作為標準流量進行誤差統(tǒng)計分析，計算其相對誤差、系統(tǒng)誤差及標準差，按相關(guān)標準進行評定。另外，還需要對儀器的穩(wěn)定性進行評定。分析報告應包括測驗河段水文特性、測站特征等基本概況、試驗內(nèi)容與資料收集方法、使用的儀器設(shè)備情況、流量測驗參數(shù)設(shè)置、誤差分析、存在問題與解決方法、使用范圍、使用方式方法、質(zhì)量保證措施等內(nèi)容。

其次，應用過程中應注意對儀器的檢查與保養(yǎng)。每次流量監(jiān)測作業(yè)完成應對儀器進行檢查。根據(jù)需要及時進行系統(tǒng)軟件升級與硬件維護，較大的硬件、軟件升級須進行必要的比測。每年汛前要定期對儀器進行一次全面系統(tǒng)的檢查，包括儀器設(shè)備檢修和精度檢測兩部分。

最后，還要注意儀器本身的適用條件，比如在含沙量較大、流速較大的地點就不適合使用ADCP；又如在有河底有沖淤變化或水流有推移質(zhì)存在時，應用GPS定位系統(tǒng)代替河底跟蹤系統(tǒng)等。

3.聲學多普勒流速剖面儀ADCP的誤差分析

一是與ADCP性能有關(guān)的誤差。如由測驗盲區(qū)引起的誤差；磁場、泥沙等帶來的誤差。

二是測驗誤差。包括船速測量誤差、水深測量誤差、水邊距測量誤差、儀器入水深度測量誤差等。

三是儀器操作是否規(guī)范帶來的誤差。主要包括三體船船速控制、左右岸邊距測量誤差等。

4.聲學多普勒流速剖面儀ADCP在我省的應用

我省于2005年首次引進走航式和定點式ADCP各1臺，其中定點式ADCP安裝在崗南水庫電站斷面。到2010年，保定、廊坊、滄州也陸續(xù)購置了不同型號的ADCP。截止去年年底，我省已購置ADCP共73臺。在我省走航式ADCP不僅廣泛應用于基本水文站，在跨流域調(diào)水及生態(tài)補水等臨時站點更是得到了廣泛的應用。

我省經(jīng)過近15年的應用，經(jīng)比測論證使用走航式ADCP的水文站，從年終資料整編情況分析，ADCP測點與流速儀測點關(guān)系密切，呈同一系列，無系統(tǒng)偏離。由傳統(tǒng)流速儀的向ADCP過渡順利，ADCP流量監(jiān)測取得了滿意的效果。

5.對新型水文儀器應用推廣的思考和建議

隨著科技的進步，越來越多的新科技應用到水文監(jiān)測中，各種新儀器不斷充斥而來。這對水文事業(yè)的發(fā)展無疑會帶來巨大的推動。但新技術(shù)這把雙刃劍，應用不當也會給水文監(jiān)測帶來負面的沖擊。因此，我們在一方面徹底解放思想，大膽接受的新技術(shù)同時，另一方面需要拿出同樣多的謹慎來對待這些新儀器。這時，做好比測顯得尤為重要。新儀器投產(chǎn)使用前必須手續(xù)齊全，程序符合相關(guān)規(guī)定。另外，新型水文儀器的應用要求水文監(jiān)測人員不斷加強學習，提高自身的業(yè)務素質(zhì)，從而提高新型儀器實施監(jiān)測作業(yè)的科學性、有效性、合理性及可靠性，更好的促進新型儀器的應用推廣。