水文测验中ADCP的应用分析

水文测验中ADCP的应用分析

在水文测验工作中，如何实现测量效率提高、测量时间减少以及动态监测都是水文技术研究中的一个重要问题。而近年来研制出的ADCP仪器使得水文测验工作迈出了发展道路上极其重要的一步。本文主要对ADCP的基本原理、特点和相关测量中的应用进行分析。

标签：水文测验；ADCP；应用

ADCP是声学多普勒流速剖面仪的简称，是以声学多普勒原理为基础研制的。目前，该仪器是世界上河流流速流量实时测量最常用、最先进的设备，是借助超声波多普勒频移的物理原理，通过高分辨率对水流垂直或水平方向的瞬时流速以及河流深度、宽度进行测量，以此将河道断面流量计算得出。

1、 ADCP的基本原理

ADCP仪器是借助配备的换能器在发射某个频率固定的声波后，仔细聆听水中颗粒物散射的声波完成测验工作的。假设水体中颗粒物有着与水体速度相同的运动速度，ADCP通过跟踪颗粒物的运动（简称“水跟踪”）所测量的速度是以ADCP为参照状态下水流的速度，测量过程中，在水跟踪测量的相对速度中将换能器载体移动速度减去便能将水流绝对速度得出。ADCP有着与传统流速仪法相同的流量测量原理，都是将测流断面分成多个子断面，随后对每个子断面内垂线上一点或多点流速、水深进行测量，以此将子断面内平均流速、流量得出，最后通过各个子断面内流量的叠加進而将整个断面的流量得出。

2、 ADCP的特点

2.1、动态测量

传统测验方式中，不管是人工船测、桥测或是涉水测量等，都是将测量仪器固定在所测垂线处进行测量的。而采用ADCP仪器进行测量时是以动态方法进行的，与测船运动过程同步进行的动态测量。

2.2、采样率高

传统测验方式中，河流断面上布设的测验垂线仅有几条，而每条垂线上的测点也十分少。而采用ADCP进行测量时，即便是在测船航行过程中也有着极高的采样率，能同时对几十个深度不同的采样值进行测量。

2.3、断面布设灵活

传统测验方式中，通常都是将测流断面与河岸垂直。而采用ADCP进行测量时，其测量结果并未与船只至河流此岸到彼岸间航线存在联系，无论是斜线或

是曲线的轨迹都可以，从而将测量工作进一步简化。

3、 ADCP的应用

3.1、流量测量

ADCP能够快速准确地将测量断面流量。有学者展开了对ADCP测流的工作原理的研究，通过该仪器所测结果与人工监测数据的对比发现，ADCP所测流量数据结果十分准确，这也为水资源管理信息化建设奠定了基础。也有学者将其测量数据结果与人工实测数据对比后借助指标流速法将其与缆道流速仪法测量断面流速间的关系确定，并通过误差统计确定流速公式。而通过水平式ADCP测验水位与指标流速的对比，对平均流速与断面指标流速间的关系分析，实现水位流量数据的动态采集，从而为解决水文站断面岸死水分界提供有效根据。而通过对水文站流量的观测，对流速仪法与走航式ADCP测量河流流量的测量结果进行对比，得出在河床稳定、含沙量少、流况简单的河流流量测量中能够应用。而通过对ADCP测流原理的研究，并于水文站实际应用相结合，得出宽带ADCP能够测得一定精确度的流量结果。

3.2、水深测量

ADCP在将声波脉冲发射过后，从不同深度的水体中背向散射回来的声波脉冲信号在时间上存在区别，不过都为连续的状态。但是，声波脉冲的传播速度在一定水域、深度范围水体中都是不变的，因此，对于水深的确定可根据声波脉冲发出至接收过程所花费的时间而计算得出。

通过对ADCP本身结构进行分析，得知该仪器测量的水深数据结果不够精确，故而提出利用DGPS方式对船速测定，以此修正磁偏角，从而校正原始水深数据的方法，以已建河床DEM数据为根据能够确保所测河床高程值更加精确。有学者通过将测流过程中ADCP能够同时连续对水深测量的功能与GPS高精度定位、实时导航功能相结合，对水库进行水下地形测量，得出ADCP能够将水下地形测量的要求完全满足。在特殊水下地形测量中，将单品测深仪和走航式ADCP所测数据进行对比分析后发现，走航式ADCP能在特殊水下地形测量中完成流量测验的同时也将单品测深仪所负责的任务完成。

3.3、流态测量

传统水文测验方法无法满足对某个空间流场或断面流态的观测要求，仅能测量代表断面施测点流速的大小。而采用ADCP时，其测流技术能将每个深度单元流速矢量东、北和垂向分量测出，以此获得连续的垂直剖面资料，同时还能将断面流场的空间分布和三维流态数据准确、快速得出。有学者采用走航式ADCP对长江口水文断面和流畅形态的流量测量进行了研究，得出ADCP能准确测量、采集长江口的水流结构、潮流特性及实现超流量测量分析，可得出其他类型仪器无法得出的数据信息量。而在内河流态测量中ADCP存在问题的研究中，有学者以泸州火电厂取水口河段的流态观测为例提出借助GPS技术和外界罗京技术

将其测量误差改正的方法，并得知该方法准确。有研究者通过ADCP描述了某船下游航道流态的过程、方法，经过计算并对结果是否合理进行检查后得到了准确的横向回流流速数据，从而为适航流量级别的划定提供了有效依据。

4、结语

ADCP仪器因其测量方式高效、测量结果准确，故而使水文测验技术发展迅速。随着水文测验中ADCP的应用不断广泛，水文测验数据的准确性、时效性也能确保我国水利行业的稳定、健康发展。而近年来科技技术的不断发展也推动了ADCP仪器的进一步改进，也使得该仪器测量所得结果更加准确可靠。

参考文献：

[1]杨惠丽，陈俏艳.ADCP在梧州水文测验中的拓展应用[J].东北水利水电，2017，35（04）：15-17+59+71.

[2]赖兴.ADCP在感潮河段水文测验中的应用[J].广西水利水电，2013，（04）：89-90+96.