ADCP在我省流量监测中的应用与推广

□李媛媛

流量是最主要的一项水文要素，也是防汛抗旱及水资源量计算的重要依据。传统的流量监测仪器为转子式流速仪，随着水文现代化的发展，新型的流量监测仪器相继问世。新型仪器以其独特的优越性得以推广，但对新仪器的应用仍需多加审慎。此文对流量监测中应用最为广泛的新型仪器ADCP的原理进行简单介绍，并深入剖析其在应用中的要点，提出了新型水文仪器的推广应用及建议。

1.声学多普勒流速剖面仪ADCP介绍

ADCP即声学多普勒流速剖面仪，是20世纪80年代初发展起来的一种新型流量监测仪器。声学多普勒流速剖面仪有走航式、定点式和便携式3种类型，我省主要引进了走航式ADCP。走航式ADCP使用灵活方便，在临时断面的巡测工作中充分发挥了重要作用。定点式主要适用于固定断面的实时在线监测；便携式ADCP具有最高的灵活性，适用于枯期巡测、湿地等。

1.1 走航式ADCP的仪器构成

仪器主体通常是由一个四声束换能器与电子部件、磁通门罗盘、倾斜计、温度传感器、底跟踪固件等组成一个整体结构，安装于水下。

1.2 走航式ADCP的工作原理

ADCP利用声学多普勒效应原理进行剖面流速测量。用声波换能器作为传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移从而测算流速。由于ADCP在流量监测作业中测船是运动的，仪器测得的是相对地球坐标的流速矢量与船速矢量的合成。安装河底跟踪器可以解算船速矢量，从而获得水流的速度和方向。（注意：若河底有流沙或冲淤变化，此时河底跟踪技术失效，需要外加GPS进行定位。）罗经和倾斜仪起到对测船航行时发生的摆动进行修正的作用。

2.声学多普勒流速剖面仪ADCP在流量监测工作中的应用要点

首先，声学多普勒流速仪在投入使用前，应与转子式流速仪进行比测，并编写分析报告。以流速仪测得流量作为标准流量进行误差统计分析，计算其相对误差、系统误差及标准差，按相关标准进行评定。另外，还需要对仪器的稳定性进行评定。分析报告应包括测验河段水文特性、测站特征等基本概况、试验内容与资料收集方法、使用的仪器设备情况、流量测验参数设置、误差分析、存在问题与解决方法、使用范围、使用方式方法、质量保证措施等内容。

其次，应用过程中应注意对仪器的检查与保养。每次流量监测作业完成应对仪器进行检查。根据需要及时进行系统软件升级与硬件维护，较大的硬件、软件升级须进行必要的比测。每年汛前要定期对仪器进行一次全面系统的检查，包括仪器设备检修和精度检测两部分。

最后，还要注意仪器本身的适用条件，比如在含沙量较大、流速较大的地点就不适合使用ADCP；又如在有河底有冲淤变化或水流有推移质存在时，应用GPS定位系统代替河底跟踪系统等。

3.声学多普勒流速剖面仪ADCP的误差分析

一是与ADCP性能有关的误差。如由测验盲区引起的误差；磁场、泥沙等带来的误差。

二是测验误差。包括船速测量误差、水深测量误差、水边距测量误差、仪器入水深度测量误差等。

三是仪器操作是否规范带来的误差。主要包括三体船船速控制、左右岸边距测量误差等。

4.声学多普勒流速剖面仪ADCP在我省的应用

我省于2005年首次引进走航式和定点式ADCP各1台，其中定点式ADCP安装在岗南水库电站断面。到2010年，保定、廊坊、沧州也陆续购置了不同型号的ADCP。截止去年年底，我省已购置ADCP共73台。在我省走航式ADCP不仅广泛应用于基本水文站，在跨流域调水及生态补水等临时站点更是得到了广泛的应用。

我省经过近15年的应用，经比测论证使用走航式ADCP的水文站，从年终资料整编情况分析，ADCP测点与流速仪测点关系密切，呈同一系列，无系统偏离。由传统流速仪的向ADCP过渡顺利，ADCP流量监测取得了满意的效果。

5.对新型水文仪器应用推广的思考和建议

随着科技的进步，越来越多的新科技应用到水文监测中，各种新仪器不断充斥而来。这对水文事业的发展无疑会带来巨大的推动。但新技术这把双刃剑，应用不当也会给水文监测带来负面的冲击。因此，我们在一方面彻底解放思想，大胆接受的新技术同时，另一方面需要拿出同样多的谨慎来对待这些新仪器。这时，做好比测显得尤为重要。新仪器投产使用前必须手续齐全，程序符合相关规定。另外，新型水文仪器的应用要求水文监测人员不断加强学习，提高自身的业务素质，从而提高新型仪器实施监测作业的科学性、有效性、合理性及可靠性，更好的促进新型仪器的应用推广。