便攜式ADCP固定設(shè)備在封凍期水文測驗中的應(yīng)用

梁秀日方，吳高莊，邱天堯，梁 琳

（松遼水利委員會水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江佳木斯154000）

我國東北主要有松花江流域、遼河流域和黑龍江流域，河流都有封凍期，從南到北，封凍期長短不同，至最北的漠河，封凍期長達(dá)半年以上。北方漫長的封凍期，給水文測驗工作帶來很大的考驗，很多先進(jìn)的機(jī)械、儀器設(shè)備因條件制約很難應(yīng)用到測驗中。近幾年來，逐步加大了冬季測驗技術(shù)的研究，努力改善冬季外業(yè)測驗的條件，封凍期利用ADCP進(jìn)行流量測驗已逐步成為常態(tài)化測驗方式。

1 現(xiàn)狀及存在問題

1）封凍期采用ADCP進(jìn)行流量測驗過程中，每個冰孔均需人工把持測桿于相對水深位置，保持ADCP與水浸冰面垂直，保持ADCP對準(zhǔn)水流流向且穩(wěn)定100s。整套ADCP設(shè)備包括ADCP儀器、測桿、背包、電瓶、電臺、電線等，重約10kg，為保證儀器位置不變，作業(yè)人員需保持彎腰姿勢不動，整個斷面測量下來，長時間身處大風(fēng)低溫環(huán)境下，彎腰作業(yè)的時間過長，操作人員身體容易受到傷害。

2）冰面冷滑，冰情多變，人員在濕滑的冰孔附近長時間逗留，存在不慎滑入冰孔的安全風(fēng)險。測驗過程中，把持ADCP測桿的手套因沾水成冰，容易因表面光滑而導(dǎo)致測桿脫落，造成儀器故障甚至損壞或丟失。

3）封凍期流速較小，操作人員手持儀器微小的晃動都有可能對垂線流速帶來很大的影響，進(jìn)而影響流量測驗的精度。

2 設(shè)計思路

1）解決封凍期ADCP測驗中存在的問題

ADCP較傳統(tǒng)流速儀測驗方式已經(jīng)大大縮短了封凍期測驗時間，但測驗人員還沒有完全脫離儀器的束縛，人力輔助工作較多。設(shè)計研發(fā)的便攜式ADCP固定設(shè)備能夠固定ADCP儀器于冰面測孔位置，保證ADCP儀器根據(jù)冰層厚度任意調(diào)節(jié)位置，固定后保持方位不變。用設(shè)備代替人力手扶，可以有效地減少測驗安全隱患，保證測驗人員的人身安全，同時也可以有效地提高測驗精度。

2）設(shè)計輕巧、結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實耐用

冬季氣溫較低，測驗人員穿著較厚，研發(fā)的設(shè)備要求重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實耐用、操作過程時長短，才能達(dá)到使用和推廣的目的及條件。

3）實現(xiàn)ADCP測驗全程機(jī)械化、自動化

研發(fā)的設(shè)備配合使用移動式清凌鉆冰一體機(jī)等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)從除冰、鉆冰到ADCP測流一系列測驗過程的機(jī)械化、自動化，達(dá)到科學(xué)、現(xiàn)代、高效一體化。

3 結(jié)構(gòu)及功能特點

便攜式ADCP固定設(shè)備整體采用鋁合金材料焊制，大大降低了設(shè)備重量，便于攜帶。支架設(shè)計采用三角形結(jié)構(gòu)，保證設(shè)備安裝后的穩(wěn)固性，三角型設(shè)計能夠保證ADCP測桿無障礙地放到卡扣中。另外該設(shè)備最大的功能特點是在測桿固定上選用了快速卡扣，測桿就位后直接就能卡住固定，從而提高安裝速度，大大節(jié)省了安裝時間。整個設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，沒有采用一個螺母和螺栓，卻可以達(dá)到讓ADCP及連接測桿從上到下受力均勻，防止因設(shè)備在收緊過程中產(chǎn)生的復(fù)合應(yīng)力對測桿造成塑性變形和彈性變形，保證設(shè)備在冰面上安裝使用的穩(wěn)定性，大大降低了因設(shè)備的外在干擾而對測流數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生的影響。北方較大河流以立封為主，冰面不平整，圓形直徑過大易造成設(shè)備放置不平整；設(shè)備上部為可調(diào)節(jié)頸口大小的彈簧掛鉤，內(nèi)置膠皮墊以增加摩擦力，保證儀器不脫落；彈簧掛鉤與下部圓形鋼圈在焊接時要絕對平行，以保證ADCP豎直向下；頸口距離地面約60cm。

4 使用方法

在移動式清凌鉆冰一體機(jī)完成清冰凌、鉆好冰孔后，測驗人員將冰孔附近的碎冰清理干凈，以保證設(shè)備放置時不受冰塊影響而改變方向。ADCP移動到冰孔位置時，將該固定設(shè)備先置于冰孔處，然后將ADCP儀器沿彈簧掛鉤處放于頸口內(nèi)，反向卡住頸口；測驗結(jié)束后，先用手扶穩(wěn)ADCP測桿，再將頸口處彈簧掛鉤打開，取出ADCP儀器移動到下一個冰孔位置，操作非常簡便省時。

5 優(yōu)點

1）結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制作。固定設(shè)備所用材料在市場上便于購置，加工簡單，技術(shù)難度不大。

2）體積小、重量輕。冬季江面作業(yè)時人員穿著厚重，整套ADCP設(shè)備較重，所以設(shè)計的ADCP固定設(shè)備體積小、重量輕，不會增加測驗人員負(fù)擔(dān)，便于攜帶。

3）操作簡單快捷。ADCP儀器位置安放好后即可卡住固定，操作簡單快捷，省時省力，整個過程大約用時10s。

4）任意位置調(diào)節(jié)、靈活安全可靠。不同冰孔、冰厚，儀器下水深度也各不相同，該設(shè)備可任意調(diào)節(jié)ADCP方向與下水的深度，靈活安全可靠，滿足測驗要求。

6 結(jié)語

封凍期采用便攜式ADCP固定設(shè)備固定儀器、穩(wěn)定方向，同時根據(jù)測驗需要可以任意調(diào)節(jié)方向和深度，真正地解放人力，安全可靠，極大提升了封凍期水文測驗現(xiàn)代化的能力和水平。目前，便攜式ADCP固定設(shè)備已在4個水文站封凍期流量測驗中加以應(yīng)用，效果顯著。該設(shè)備設(shè)計輕巧、操作簡便、穩(wěn)定可靠，具有較好的推廣應(yīng)用價值。