走航式ADCP在水文站的應(yīng)用分析

朱 宇，李 暢，楊丹陽(yáng)

（恩施州水文水資源勘測(cè)局 湖北，恩施 445000）

在信息化時(shí)代下，我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平得到了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，以測(cè)驗(yàn)設(shè)備為例，傳統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)設(shè)備在當(dāng)前時(shí)代背景下已然落后，不僅自身存在著較大的數(shù)據(jù)誤差，在操作方面也不夠簡(jiǎn)單有效，以至于整個(gè)測(cè)驗(yàn)工作的最終質(zhì)量和效率也無(wú)法得到較為有效的提升。而ADCP的出現(xiàn)，其本身不僅具有極高的科學(xué)技術(shù)水平，同時(shí)具備了操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)采集效率較高、范圍較大以及高效性的特性，逐漸變成我國(guó)社會(huì)在進(jìn)行水文站監(jiān)測(cè)過(guò)程中最常使用的測(cè)驗(yàn)儀器。通常情況下，ADCP可以根據(jù)不同束流方式進(jìn)行兩種不同類型的分類，分別是水平式ADCP以及本文所涉及到的走航式ADCP。

1 水文站基本情況

1.1 監(jiān)測(cè)河段

本文所舉例的水文站當(dāng)前處于清江流域之中，受到地形與周邊環(huán)境的影響，相關(guān)人員在采用傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)儀器進(jìn)行測(cè)驗(yàn)的過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量較低且具有真實(shí)性的情況發(fā)生。為了避免出現(xiàn)這一問(wèn)題，水文站選擇使用走航式ADCP測(cè)驗(yàn)設(shè)備。在清江流域所測(cè)驗(yàn)的河段大約在3000m左右，整個(gè)河流以直線的姿態(tài)進(jìn)行流動(dòng)，其中很少會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)角，能夠有效提升相關(guān)人員使用ADCP的工作效率。而從周邊地質(zhì)環(huán)境來(lái)講，所測(cè)量的具體河段左岸處于邊坡地形，且坡度相對(duì)平緩，而右邊則呈現(xiàn)出丘陵地形，在進(jìn)行測(cè)量工作過(guò)程中相關(guān)人員需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備的調(diào)整。

1.2 水文斷面

水文斷面是水文站在進(jìn)行測(cè)量工作中不可缺少的重要工作，因而在進(jìn)行本次水文斷面測(cè)驗(yàn)的過(guò)程中相關(guān)人員需要提前做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作。通過(guò)設(shè)備測(cè)量，本次水文站的水文測(cè)量過(guò)程中整體寬度處于25～60m區(qū)間之中，由于該地區(qū)季節(jié)降水幅度相對(duì)較大，但該水文斷面屬小河站，因而整體年水位的幅度變換量不會(huì)超高最大值6.56m。此外，水文站相關(guān)人員想要確保整個(gè)水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性與有效性，就要對(duì)河床部分進(jìn)行區(qū)域分化，河床由粗砂、卵石組成。左岸鋼筋混凝土護(hù)岸，右岸為漿砌塊石護(hù)岸。

2 比測(cè)設(shè)備配置

2.1 硬件設(shè)備配置

水文站相關(guān)人員在進(jìn)行比測(cè)設(shè)備的配置過(guò)程中，需要先對(duì)整個(gè)設(shè)備的硬件部分進(jìn)行選擇。在進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)工作前，相關(guān)人員需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇符合要求的流速儀器，并交由相關(guān)檢測(cè)中心進(jìn)行檢測(cè)，以此來(lái)確保所用設(shè)備能夠滿足本次比測(cè)需求。而在進(jìn)行走航式ADCP的應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)人員通常會(huì)將其安裝在船只的中間部分，儀器探頭部分的進(jìn)入深度最好不要超過(guò)0.8m。在進(jìn)行設(shè)備安裝的過(guò)程中，相關(guān)人員需要確定其處于縱軸垂直狀態(tài)，并且能夠以自然垂直的姿勢(shì)進(jìn)行水體測(cè)驗(yàn)。

2.2 軟件設(shè)備

走航式ADCP在軟件設(shè)備方面一般都會(huì)使用Win-River，與其他類型的軟件設(shè)備不同，WinRiver不僅具有極高的信息傳輸能力，自然的抗干擾能力也十分優(yōu)越，能夠在相對(duì)糟糕的環(huán)境中對(duì)水文環(huán)境的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行準(zhǔn)確分析與儲(chǔ)存。通常情況下，ADCP的軟件設(shè)備會(huì)對(duì)整個(gè)測(cè)驗(yàn)點(diǎn)的坐標(biāo)位置、測(cè)驗(yàn)范圍、水流流向以及時(shí)均流速進(jìn)行全方位記錄，并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)整個(gè)水文環(huán)境的回聲強(qiáng)度以及水溫情況進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以此來(lái)確保最終測(cè)量結(jié)果的精度不會(huì)產(chǎn)生較大的偏差。

3 比測(cè)內(nèi)容和方法

3.1 流量比測(cè)

在進(jìn)行流量比測(cè)的過(guò)程中，水文站相關(guān)人員需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與規(guī)劃，在整個(gè)比測(cè)環(huán)節(jié)，相關(guān)人員所采用的走航式ADCP橫渡法需要與之前所用到的流速儀法進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比，在這一過(guò)程中，相關(guān)人員需要確保所測(cè)驗(yàn)的水文環(huán)境深度在10m規(guī)定范圍內(nèi)，并且整個(gè)施工工藝都要符合相關(guān)水文環(huán)境測(cè)量需求，以此來(lái)確保數(shù)據(jù)對(duì)比的有效性不會(huì)因外界因素而受到影響。對(duì)于水文站的測(cè)驗(yàn)工作而言，流量比測(cè)無(wú)疑是十分重要的，通過(guò)與常規(guī)測(cè)量方法結(jié)果的比較，相關(guān)人員不僅能夠直觀感受到水體質(zhì)量的偏差，同時(shí)還能對(duì)日后的河流規(guī)劃提供較為詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。

3.2 垂線定點(diǎn)流速比測(cè)試

垂線定點(diǎn)流速比測(cè)是水文站在使用走航式ADCP設(shè)備時(shí)最常用到的比測(cè)內(nèi)容方法，通常情況下，在水文站的流速儀測(cè)流斷面中，水文站工作人員需要先對(duì)ADCP的垂線位置進(jìn)行速度測(cè)驗(yàn)，并且以ADCP浮船為參考物，利用流速儀一同進(jìn)行相應(yīng)的同步流速分析，而在利用流速儀進(jìn)行常規(guī)的水文流速測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，相關(guān)人員一般都會(huì)采用兩點(diǎn)法，并且整個(gè)測(cè)驗(yàn)時(shí)間不能低于兩分半鐘。在進(jìn)行走航式ADCP設(shè)備的過(guò)程中，相關(guān)人員需要在測(cè)驗(yàn)開(kāi)始階段以及結(jié)束階段進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，并取平均值作為最終流速數(shù)據(jù)的判定。

4 走航式ADCP測(cè)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案

第一，走航式ADCP測(cè)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員需要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)完成后續(xù)的流量測(cè)驗(yàn)工作。而在安裝相應(yīng)的換能設(shè)備時(shí)，相關(guān)人員需要確保其處于垂直狀態(tài)，換能設(shè)備的正向位置需要與船頭相對(duì)，并且在后續(xù)的測(cè)量過(guò)程中能夠時(shí)刻與船體本身保持相應(yīng)的水平平行。而在進(jìn)行換能設(shè)備入水深度的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員需要結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況，嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將其控制在0.5m以上，從而確保后續(xù)工作能夠順利開(kāi)展。在完成換能設(shè)備的安裝工作后，工作人員還要對(duì)其進(jìn)行較為詳細(xì)的檢查，在確認(rèn)無(wú)誤后才能進(jìn)行有關(guān)GPS設(shè)備的安裝，以此來(lái)確保整個(gè)測(cè)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)性與實(shí)效性。

第二，單次施測(cè)過(guò)程中，在起點(diǎn)位置應(yīng)調(diào)整好航向，在接到相應(yīng)的信號(hào)后，才能算作開(kāi)始。在后續(xù)的工作過(guò)程中，相關(guān)人員需要確保整個(gè)ADCP測(cè)驗(yàn)設(shè)備在起、終點(diǎn)位置所停留的時(shí)間不得低于三次，以此來(lái)確保脈沖信號(hào)不會(huì)因此受到不利影響。此外，航跡應(yīng)與測(cè)流斷面線盡量重合。船速盡量小于或等于水流平均速度，并勻速航行。避免順、逆向交錯(cuò)航行和船首的擺動(dòng)。測(cè)船應(yīng)盡量靠近水邊，以減小兩岸邊盲區(qū)范圍。

5 結(jié)論

綜上所述，ADCP的出現(xiàn)對(duì)于水文流量測(cè)驗(yàn)工作有著極為有效的促進(jìn)作用，在使用走航式ADCP設(shè)備的過(guò)程中，水文站工作人員需要嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)工作環(huán)節(jié)的調(diào)整與規(guī)劃，以此來(lái)確保后續(xù)工作能夠順利進(jìn)行，進(jìn)而提高水文測(cè)驗(yàn)工作的效率和測(cè)流精度。