無線ADCP在河道輸水損失研究中的應(yīng)用

崔 偉，吳曉東，陳建平，程祥吉

（1.松遼委水文局嫩江水文水資源中心，黑龍江齊齊哈爾161000；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021）

無線ADCP在河道輸水損失研究中的應(yīng)用

崔 偉1，吳曉東1，陳建平1，程祥吉2

（1.松遼委水文局嫩江水文水資源中心，黑龍江齊齊哈爾161000；2.水利部松遼水利委員會，吉林長春130021）

ADCP是一種利用聲學(xué)多普勒原理測量水流速度剖面的儀器。無線ADCP是把儀器探頭裝在配套的遙控測量船上，數(shù)據(jù)通過電臺或藍(lán)牙進(jìn)行傳輸。測量船從河流斷面左岸航行至右岸時，ADCP不僅可實(shí)時測出河道流速、流量等信息。文中論述的方法相對于傳統(tǒng)河道斷面測量的方法，最大的優(yōu)點(diǎn)是操作人員僅需在岸上進(jìn)行操作，極大降低了水上作業(yè)危險(xiǎn)性。

ADCP；斷面測量；河流斷面；流量測驗(yàn)；多普勒原理

ADCP是一種利用聲學(xué)多普勒原理測量水流速度剖面的儀器，自帶的測速、測深、定位功能可直接測出斷面的流速剖面，且具有不擾動流場、測驗(yàn)歷史短，測速范圍大等特點(diǎn)，被廣泛用于海洋、河口的流速和流量測驗(yàn)等工作中。走航式ADCP是把儀器探頭及數(shù)據(jù)傳輸電臺都裝配到遙控測船上，測得數(shù)據(jù)通過電臺或藍(lán)牙與岸邊工作人員手持筆記本電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。遙控測船從河流斷面左（右）岸航行至對岸時，ADCP不僅可實(shí)現(xiàn)測出河道流速、流量等信息，也可測出ADCP經(jīng)過軌跡處的水深。ADCP測出的數(shù)據(jù)經(jīng)過更正，可形成河道斷面數(shù)據(jù)。文中無線ADCP在察爾森水庫下游兩?。▍^(qū)）河道輸水損失研究中的應(yīng)用，最大的優(yōu)點(diǎn)是操作人員僅需在岸邊進(jìn)行操作，極大地降低水上作業(yè)的危險(xiǎn)性，同時滿足本次測流任務(wù)中具體測流要求。

1 ADCP測流基本原理

ADCP（Acoustic Doppler Current Profilers），即聲學(xué)多普勒流速剖面儀，其原理是依據(jù)聲學(xué)多普勒效應(yīng)。ADCP一般配有4個換能器，與ADCP軸線成一定夾角，每個換能器既是發(fā)射器有事接收器，假定顆粒物的運(yùn)動速度和水體流速相同，當(dāng)顆粒物的運(yùn)動方向接近換能器時，聆聽到的回波頻率比發(fā)射波的頻率高；檔顆粒物的運(yùn)動方向背離換能器時，聆聽到的回波頻率比發(fā)射波的頻率低，這種現(xiàn)象即聲學(xué)多普勒頻移。

ADCP通過水跟蹤（由水中顆粒的回波測量水流相對于ADCP的運(yùn)動）測得水流相對于遙控測船的速度。遙控測船的速度通過底跟蹤（由河底的回波測量相對于ADCP的運(yùn)行）測得，或由GPS算出。

2 研究項(xiàng)目流量測驗(yàn)區(qū)域特點(diǎn)

察爾森水庫下游2?。▍^(qū)）河道輸水損失研究項(xiàng)目是以察爾森水庫壩址至吉林省大安市的慶友攔河閘上游，共計(jì)214 km河道范圍作為勘察范圍。要求從2016年4月12日—5月31日，在察爾森水庫至慶友攔河閘上有區(qū)間河道，共設(shè)9個地表水監(jiān)測斷面，實(shí)測6個監(jiān)測斷面開展逐日流量測驗(yàn)工作。通過實(shí)地踏勘發(fā)現(xiàn)，根據(jù)實(shí)際情況，符合測量規(guī)范要求的6個監(jiān)測斷面，河道較窄，水深差距較大；流量較小時，部分?jǐn)嗝鏁霈F(xiàn)淺灘。同時，監(jiān)測范圍大，監(jiān)測斷面之間多以鄉(xiāng)村路線為主，路況極差。結(jié)合以上原因，無法動用常規(guī)動力船只，且監(jiān)測點(diǎn)附近并無橋梁，無法實(shí)現(xiàn)橋測，使用常規(guī)流速儀無法實(shí)現(xiàn)逐日流量測驗(yàn)要求。

3 無線ADCP的應(yīng)用

測量采用的ADCP采用美國RDI公司生產(chǎn)的瑞江600 RHz寬帶ADCP。圖1，圖2為ADCP在察爾森水庫下游兩省（區(qū)）河道輸水損失項(xiàng)目中“滿洲代二”監(jiān)測斷面進(jìn)行河道流量測量的實(shí)例，分別為流速等值圖與航跡和流速矢量圖。

圖2 航跡和流速矢量圖（相對于底跟蹤）

將ADCP通過藍(lán)牙直接與計(jì)算機(jī)連接，使用WinRiver軟件即能在遙控測船沿測流斷面方向航行時直接測出斷面流量。其斷面線導(dǎo)航定位采用GPS TIK技術(shù)進(jìn)行。測流時，因?yàn)锳DCP是動態(tài)的，可在隨測船運(yùn)動的過程中進(jìn)行測量，遙控測船的航跡可以是斜線或曲線，極大地方便施測作業(yè)。

3.1 準(zhǔn)備工作

入水前啟動遙控測船，通過遙控器測試螺旋槳是否正常前后轉(zhuǎn)動；安裝ADCP及電臺電池，注意做好電池倉密封防水處理；打開筆記本電腦上的WinRiver軟件，配置ADCP與計(jì)算機(jī)的通訊連接后可以開始測流。

3.2 測量過程

在開始測量之前，點(diǎn)配置菜單，選相對于（即速度參考）為底跟蹤。

3.2.1 建立斷面測量始終點(diǎn)

1）測量中使用激光測距儀先測出岸邊距，測船離岸向外移動ADCP到深度單元=2的顯示流量的位置，在這個位置用測距儀測出開始岸邊距。

2）操縱遙控測船使船頭盡量保持逆流、勻速、緩慢的駛離岸邊。

3）等接近對岸時，在有2個有效單元顯示流量的位置，用測距儀測出測船距離，由斷面岸邊距與開始岸邊距得出結(jié)束岸邊距。

4）保持位置采集10個數(shù)據(jù)（缺省設(shè)置）。靜止期間采集的數(shù)據(jù)將保存到原始數(shù)據(jù)文件中，為了準(zhǔn)確的計(jì)算岸邊流量。結(jié)束該測次的測量。

3.2.2 多個測回采集流量數(shù)據(jù)

通過重復(fù)流量測量步驟獲得多次流量測量數(shù)據(jù)，流量測次數(shù)為偶數(shù)，而且多次平均的不確定度小于單次的，結(jié)合每日水位變化提高測量精度。

3.3 注意問題

1）船速越慢精度越高，一般船速不超過最大流速。

2）在開始及結(jié)束測量的岸邊，船應(yīng)稍停留片刻，以便獲得用于計(jì)算岸邊流量的10個平均數(shù)據(jù)。

3）應(yīng)當(dāng)用多次斷面測量的平均值（至少4次，即來回2次）作為最后的河流流量測量結(jié)果。

4）注意做好遙控測船電池盒及電臺防水密閉措施。

4 結(jié)語

在當(dāng)今的水文測驗(yàn)研究中，ADCP水文測驗(yàn)一直是受我國研究人眼重視的一項(xiàng)工程。但是在實(shí)際水文測驗(yàn)中，還存在一些問題，會在今后的實(shí)踐中逐步探索、尋求有效的解決途徑。通過計(jì)算機(jī)、通信等其他領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)科學(xué)整合，使ADCP與傳統(tǒng)的水文測驗(yàn)相結(jié)合，讓ADCP在水文測驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)更廣泛地推廣與應(yīng)用。

TV12；TV697.1+9 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

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1002—0624（2017）09—0069—02

2017-03-07