淺議ADCP在中小河流水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用

張曉紅

摘 要：水利事業(yè)的發(fā)展與時(shí)代進(jìn)步，以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步都有著十分密切的關(guān)系，而且和人們生活也存在密切的關(guān)系。目前，我國(guó)多項(xiàng)科學(xué)技術(shù)都在水利建設(shè)中得到了應(yīng)用，這些技術(shù)的應(yīng)用極大的改善了水利項(xiàng)目的質(zhì)量。本文以ADCP （聲學(xué)多普勒流速剖面儀）為入手點(diǎn)，探討了其在水利項(xiàng)目上的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：水文 測(cè)驗(yàn) 中小河流 ADCP

ADCP是由美國(guó)學(xué)者在1981年根據(jù)聲學(xué)多普勒理論而設(shè)計(jì)出的一種設(shè)備，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐應(yīng)用以及不斷的技術(shù)改進(jìn)，目前，已將原來(lái)測(cè)量海洋的功能逐漸擴(kuò)展至對(duì)河流的流量、流速進(jìn)行測(cè)量，且測(cè)量精度得到大幅提升。本文結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)ADCP在水利項(xiàng)目之中的使用原理進(jìn)行了探討，并分析了其在實(shí)際測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用情況，具體內(nèi)容如下：

1.ADCP的使用原理和測(cè)量方式

ADCP這種設(shè)備主要是借助聲波換能器與聲脈沖波，來(lái)測(cè)量河流之中的流量與流速情況，操作步驟如下，先是在河流下面放好聲波換能器，由其傳出相應(yīng)頻率的聲脈沖波，并吸納水中的粒狀物，所傳出的聲脈沖波不只是局限于一個(gè)角度，而是出現(xiàn)與多個(gè)不同的角度，然后，根據(jù)不同頻率之間存在的差值，就可算出流速大小。而且ADCP在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可做到動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的測(cè)量流速，而且能夠由多個(gè)不同的方向?qū)⒙暶}沖傳出，為測(cè)定流速給出多個(gè)不同的數(shù)值，從而使所得結(jié)果的精確度更高。經(jīng)過(guò)應(yīng)用這一種測(cè)量方式，能夠?qū)⒑恿鞯膶?shí)際流速以及斷面流速全部準(zhǔn)確的測(cè)出，而且通過(guò)聲波換能器的作用，能夠使所得的測(cè)定結(jié)果更加真實(shí)與可靠，并使ADCP可在短時(shí)間內(nèi)，就可做到對(duì)較大區(qū)域流速的測(cè)定。

現(xiàn)階段，ADCP在測(cè)量水體流速方面使用的測(cè)量方式主要有2種：即走航式和定點(diǎn)式，前一種方式是將ADCP放于水下面的船身部位，經(jīng)由船的行進(jìn)來(lái)完成河流測(cè)定，由于是在行進(jìn)過(guò)程中來(lái)完成測(cè)量的，所以，得到的結(jié)果是一種參照船體的相對(duì)值。假定水中的粒狀物與流速二者的運(yùn)動(dòng)速度是一樣的，則在使用ADCP對(duì)粒狀物運(yùn)動(dòng)進(jìn)行水跟蹤后，就可得出相對(duì)的流度。若ADCP處于固定的狀態(tài)，那么，在水跟蹤后，所獲得的流速就是絕對(duì)速度。如果ADCP平臺(tái)處于流動(dòng)的狀態(tài)，那么，只要將所獲得的相對(duì)流速與平臺(tái)移動(dòng)速度二者相減，就能夠得到水流的絕對(duì)速度。而后一種方式是將ADCP放在固定點(diǎn)上面，固定點(diǎn)可以選擇橋墩等，由于是在固定的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，所以，獲得的測(cè)定值為真實(shí)值，可直接用在對(duì)數(shù)據(jù)的處理上。

2.ADCP在水文監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

通過(guò)將ADCP應(yīng)用在水文監(jiān)測(cè)方面，能夠使獲得的河流測(cè)量數(shù)據(jù)更加的精準(zhǔn)，其測(cè)定的流速還包括靠近岸兩邊的水流流速。

首先，中小河流進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)的目的與所顯現(xiàn)出的特點(diǎn)。這里所說(shuō)的中小河流是指和人們平時(shí)生活存在聯(lián)系的一些中小河流。可以認(rèn)為，在這些河流里面所產(chǎn)生的各種不同水文運(yùn)動(dòng)，對(duì)附近居民的生活造成的影響是很大的。因此，對(duì)中小河流采取相關(guān)的治理措施以及做水文測(cè)驗(yàn)，將會(huì)極大的改善附近居民生活，且有利于防洪抗旱工作。但是，需要引起注意的是，水體在外部影響下，容易使水流量與流速、以及水質(zhì)出現(xiàn)變化，進(jìn)而對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與附近人們的生活產(chǎn)生影響。因此，經(jīng)由采取適合方式對(duì)水文進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，將利于相關(guān)人員探明水體運(yùn)動(dòng)情況，以便有針對(duì)性的做好預(yù)先防范工作，從而減輕周圍居民生活所受水體運(yùn)動(dòng)的影響。但在實(shí)際測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，一定要采取措施避免水體運(yùn)動(dòng)對(duì)測(cè)驗(yàn)造成影響。

其次，運(yùn)用ADCP對(duì)中小河流實(shí)施水文測(cè)驗(yàn)。這一測(cè)驗(yàn)一定要按照以下次序來(lái)進(jìn)行，先是由ADCP向水體傳出相應(yīng)頻率的聲脈沖，同時(shí)，會(huì)引起反射波的出下，在反射波被ADCP接收到之后，工作人員就可通過(guò)ADCP方程式，對(duì)接收到的頻率和原頻率二者的差值做出計(jì)算，就能得出水體流速。在水文測(cè)驗(yàn)之中，存在不少可干擾聲脈沖頻率的因素，從而使測(cè)量出的水流流速不準(zhǔn)，并使得反射聲脈沖頻率出現(xiàn)波動(dòng)。而且水文運(yùn)動(dòng)引起的水體變化，亦會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響。在進(jìn)行流量測(cè)定當(dāng)中，水體里面的雜質(zhì)對(duì)聲脈沖產(chǎn)生的反射頻率造成干擾，而且在雜質(zhì)表面會(huì)出現(xiàn)一薄層附著物，由于附著物的存在，就會(huì)將雜質(zhì)與聲脈沖二者進(jìn)行隔離，從而減少了在雜質(zhì)上的脈沖反射，進(jìn)而影響了流量的測(cè)定。測(cè)定流量過(guò)程中，由于ADCP與聲脈沖的頻率變化都是局限在某個(gè)區(qū)間的，因此，若水體運(yùn)動(dòng)非常活躍，則所傳出的聲脈沖，會(huì)因?yàn)樗w中雜質(zhì)的增多，而減弱反射頻率。例如，在夏季河流水勢(shì)旺盛的情況下，由于水體的運(yùn)動(dòng)十分活躍，從而攪起底層的大量泥沙，使大量泥沙懸浮在河流之中，這樣一來(lái)，就對(duì)聲脈沖造成了嚴(yán)重的干擾，會(huì)使測(cè)出的脈沖頻率與真實(shí)值之間存在過(guò)大的偏差。另外，在運(yùn)用ADCP來(lái)測(cè)定水文時(shí)，由于不同水體所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是不同的，所以，也會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果造成很大的干擾。因?yàn)槭芩w靈活性的影響，聲脈沖在傳出過(guò)程中，會(huì)受到水中懸浮雜質(zhì)的影響，在測(cè)定過(guò)程中，當(dāng)懸浮雜質(zhì)在水體運(yùn)動(dòng)作用下而改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，則聲波換能器在傳出聲脈沖之后，就不可能準(zhǔn)確的接到已劃定區(qū)域中的反射脈沖，這樣就嚴(yán)重影響了測(cè)定的結(jié)果。

為解決應(yīng)用ADCP進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)時(shí)所出現(xiàn)的問(wèn)題，須慎重選擇測(cè)定地點(diǎn)，要針對(duì)穩(wěn)定流速的水體來(lái)測(cè)定聲脈沖頻率，以確保測(cè)定結(jié)果避免外部不利影響，使聲脈沖頻率測(cè)定更加精準(zhǔn)。而且，在測(cè)驗(yàn)當(dāng)中要注意流速的對(duì)比，也就是將同一水體里面處于不同位置的水流各自具有流速進(jìn)行對(duì)比，從而確保測(cè)定數(shù)據(jù)更加符合實(shí)際。

3.應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)以某河流斷面的實(shí)時(shí)流速測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行流量計(jì)算，詳見(jiàn)表1。

4.ADCP的良好前景

ADCP這這一裝置是現(xiàn)階段進(jìn)行水流流量測(cè)定中所應(yīng)用的一種最高端的裝置，由于其測(cè)驗(yàn)結(jié)果精確、測(cè)量效率高，因此受到水文技術(shù)人員的青睞，得到較多的應(yīng)用。隨著在實(shí)踐當(dāng)中取得眾多的測(cè)驗(yàn)成果，許多水文學(xué)者開始關(guān)注ADCP的研究，相信在今后，ADCP一定會(huì)使測(cè)量范圍更大，結(jié)果精度更高，從而使測(cè)定所得到的數(shù)據(jù)能夠符合有關(guān)水文測(cè)驗(yàn)的規(guī)定。

5.結(jié)語(yǔ)

由上述可知，通過(guò)采用ADCP來(lái)對(duì)不同河段之中的流速進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，可以極大的簡(jiǎn)化測(cè)驗(yàn)流程，有助于整理與編定目前的河流水文相關(guān)資料。ADCP與以往采用的剖面流速測(cè)驗(yàn)技術(shù)對(duì)比，具有更高的測(cè)量精度，且操作簡(jiǎn)捷。隨著今后ADCP在水文測(cè)驗(yàn)中的普及，可為我國(guó)在防洪抗旱、及調(diào)配水資源等方面，提供出精準(zhǔn)、可靠的數(shù)據(jù)，從而促進(jìn)我國(guó)水文測(cè)驗(yàn)的發(fā)展。

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