走航式ADCP在水文流量测验中的应用分析

毛震宇

摘要：随着我国经济社会的不断发展，在很大程度上推动了科学技术的飞速进步，极大地促进了走航式ADCP的发展，其自身有着较高的精确度，而且在水文流量测验中进行应用，能够促使测量成果的真实性及其有效性得以切实提升。本文首先简要概述了走航式ADCP与传统流速仪的不同之处，并基于此以实际工作情况在水文测验中的应用及其质量控制措施进行了研究与探讨，仅供参考。

关键词：走航式ADCP水文流量测验应用

Application Analysis of Navigation ADCP in Hydrological Flow Test

MAO ZhenYu

Hunan Changde Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Changde ，Hunan Province 415130 China

Abstract： With the continuous development of China's economy and society， it promotes the rapid progress of science and technology to a large extent， and greatly promotes the development of navigation ADCP. It has a high accuracy， and applies in the hydrological flow test， which can promote the authenticity and effectiveness of the measurement results.This paper briefly summarizes the differences between the navigation ADCP and the application and quality control measures for reference only.

Key Words： Navigation type ADCP; Hydrology; Flow test; Application

在水文流量测验中，传统的测验设备在实际应用期间数据误差比较大，操作上不够简单便利，因此难以切实提高整个水文流量测验工作的质量及其效率，所以，逐渐无法与时代的发展相适应。而走航式ADCP因其自身科学技术水平比较高，而且有着较高的数据采集效率、操作简单便利、效率高等特点。

1 走航式ADCP与传统流速仪的不同之处

与传统的流速仪相比较，ADCP方法有以下不同点。（1）传统的转子式流速仪法是静态法，流速仪是固定在测点的;而ADCP是动态化的，能够随着测船运动的过程中开展测验。（2）在对传统的转子式流速仪法进行应用采样时，一般不会将子断面划分得很细，垂线流速的测量点也不可能有很多;而ADCP因其有着非常高的采样速率，能够将子断面划分得很细，垂线流速的测量点也可以有很多，相当于许多台流速仪同时开展测量。（3）在对传统的转子流速仪进行应用期间，往往要求测流断面与河岸垂直，而ADCP方法对此没有作出特别要求，测船的航迹来可以为曲线，也可以为斜线。（4）传統流速仪法需现场进行手工记录与计算，之后再对测验成果进行绘制，ADCP测验成果能够实现联机存储，在很大程度上促使水文测验工作的现代化水平得以有效提高。

2 比测分析

2.1案例实际情况

本文以某水文站为例对传统流速仪和ADCP的比测分析进行开展。本文资料收集的时间段为2019年5～7月，2020年6～9月。在此期间，该水文站受上游来水及水库开闸泄洪的影响，有几次主要的洪水过程。其中，比测期间最高水位61.35m，出现在2020年9月17日，最低水位50.33m，出现在2020年7月31日。该站流量测验采用缆道流速仪法和ADCP走航式，而且考虑到高水位级时该站水流含沙量较大、漂浮物多、波浪较高等因素，采用缆道流速仪法流量和走航式ADCP成果作为标准值。在比测过程中，两种测量仪器很难做到同步比测，即同次流量同步开始和同步结束，或同一条垂线开始和结束。为保证资料收集的准确性，应保证如下几点：第一，缆道流速仪和ADCP两套流量测验仪器尽可能地在相同或相近时间进行流量测验;第二，两套测流设备测速垂线基本布设一致，断面均采用流速仪测流断面，尽可能地消除其他因素在资料收集阶段引起的干扰，保证流量的可靠性。经过数据合理性分析，样本数据共收集58次缆道流速仪法和ADCP与缆道雷达波在线测流系统的比测资料。

2.2水位流量关系曲线绘制与检验

根据实测的58次流量资料，对水位流量关系进行了率定，并进行了三线检验，如图1所示。

检验结果见下表1。根据《水文资料整编规范》（SL247-2012）中水位流量关系定线精度指标表。该站流量属一类精度水文站，则定线误差应满足：系统误差≤±1%，随机不确定度≤8。定线满足精度要求。

2.3结果总结

经过数据合理性分析，对收集的数据进行初筛，参与本次比率测定分析的共有58组数据，缆道流速仪法和ADCP实测流量变幅为5020～19200m³/s，断面平均流速变幅1.32～3.20m/s，水位变幅54.33～61.28m。按该站水位分级：56.30m以上为高水;51.39～56.30m为中水，比测资料覆盖中、高水位级。

走航式ADCP是一种先进的、技术含量高的测流仪器，具有日常运行成本低，维护少，快捷、实时、准确等优点，设备在比测分析期间运行稳定，数据正常，并对外界抗干扰能力较强。同时，能够有效地解决该站缆道流速仪法施测过程中的安全隐患。

综上所述，该站主要的设站目的是为下游某市防汛提供高洪流量水情信息，该站是水电站的出库站。通过比测分析走航式ADCP测流系统满足各项水文规范要求，该系统可以在中、高水位级投产使用，并作为常规的流量测验方案。

3 测验主要误差控制分析

走航式ADCP的应用，能够在很大程度上为水利工程的科学调度、防汛抗旱及水生态环境的治理等各项工作提供有效的水文方面的信息[1]。在实际应用期间依然存在着一定的误差，应对其进行有效控制，具体如下。

3.1系统误差的质量控制工作

（1）水流中的含沙量会极大地影响到ADCP的使用效果。在含沙量比较高的河流之中，频率比较高的ADCP设备是不适用的，因为水流含沙量越高，水深测量与河底跟踪失效的几率就会越大[2]。而在对低频率的ADCP设备进行应用来测量含沙量比较高的河流时，河流不能过浅，否则也是不适用的，不能对窄带的ADCP进行应用。与宽带ADCP相比较，窄带ADCP在深浅状态下都是比较适用的。假如河流的含沙量比较高而且河流过浅无法对ADCP进行应用，船速可用差分GPS进行测量，并可对测深仪進行利用来测量水深[3]。

（2）推移质运动会对河底跟踪测量的精确度产生直接性的影响。假如水流的速度十分快，河底的泥沙就会随之形成推移质。对GPS进行利用来对船速进行测量的时候，应最大限度地减少对推移质运动产生影响[4]。

（3）其他影响因素。对于岸边形状、岸边流量系数可以经过实地断面测量和岸面流速分布试验，与相关规定相结合来对可靠的参数进行获取;对比测深测宽设备应对其进行校准;对盲区的流速应经过分析对其进行精准地插补;等等。

3.2随机误差的质量控制工作

（1）对科学合理的工作模式进行有效选择。ADCP有很多种工作模式，不同型号发射与处理形式也会对其精度产生不同的影响。例如，宽带模式的流速测量有着剖面深度较大、范围宽、精确度高的优势，但其仅在绝大部分的正常情况下适用[5]。

（2）内罗经校准。走航式ADCP主要是与罗经提供的磁方位角与各个声束多普勒频移相结合来对实际的航迹进行计算，但是内罗经所提供的磁方位角在方向上存在一定的误差，所以需要校准。

4 走航式ADCP水文流量测验过程质量控制措施

4.1做好出库前的检查工作

为了能够促使走航式ADCP运行的正常性得以保证，需要开展预检工作。出库的时候应与设备清单进行对照，对所需要携带的各种器件有无遗漏进行检查;然后对电源进行接通，使ADCP能够和计算机相连，并对无线电台信号进行调试，检查软件系统能够正常运行[6]。

4.2现场仪器的安装

走航式ADCP通常需要在非铁磁三体船的支架上进行安装，换能器需要浸入到水深10cm左右，避免其露出水面或者产生空蚀的问题;测流断面河底假如有砂粒运动的，需要对GPS设备进行安装来对船速进行测量;如果对最大的水深无法进行测量的时候，需要对测深仪进行安装来对其水深进行测量。

4.3流量测验

在进行测流工作前期，在操作系统之上应对断面的位置、测量日期等相关的基础性信息进行录入，对测验的始终点距离河岸的距离、岸边流速系数等数据信息进行输入。如果每半测回流量值与平均值的偏差超过了5%，应具体问题具体分析，并对其进行重新测量。断面流量主要涉及到直接测出的部分流量、两岸盲区的流量及岸边的流量。

4.4做好入库相应的维护工作

在水文流量测验工作结束之后，应与维护的有关要求相结合，对仪器的换能器进行冲洗。供电系统应按照有关规定对其做好相应的保养工作，野外作业应防止传感器长期处于暴晒环境中;探头的表面如果有附着物的，应对其维护工作进行谨慎开展，如其有较深的划痕或者是裂痕存在，应对其测验精度是否会受到影响进行检验;如果防腐蚀部件存在严重的腐蚀问题，应对新的部件进行及时地更换。

5 结语

走航式ADCP在受冲淤影响、报讯任务比较大的测站中比较适用，应与不同的河流特性相结合来对不同型号ADCP进行选择，其所具有的优势能够在很大程度上适应现代水文对于高标准、高效率、高精度方面的要求，有着广阔的发展前景。在实际应用期间，会发现一系列的问题，通过开展相应的分析与实践能够及时获取问题的解决方法，并将理论与实践结合起来，促使ADCP更好地应用于水文测验工作之中，为今后防汛抗旱及水资源的可持续利用打下坚实基础。

参考文献

[1]梁思达.多通道超声波流速仪的设计与研究[D].北京：华北电力大学，2021.

[2]贺依韬，马腾.基于SARIMA模型的月径流量预测[J].科技资讯，2020（6）：42-43，45.

[3]熊文慧.舞阳水文局水文巡测方案[J].河南水利与南水北调，2021，50（11）：20-23.

[4]张曦明，李建平，张景.便携式充电机械手驱动的简易水文测验缆道技术[J].科技创新导报，2020（14）：42，44.

[5]朱宇，李畅，杨丹阳.走航式ADCP在水文站的应用分析[J].现代农业研究，2021，27（9）：153-154.

[6]刘开春.ADCP测验成果在测速垂线优化中的应用[J].中国防汛抗旱，2021，31（8）：46-49.