浅论ADCP技术在水文测验中的应用

　　摘要：随着科学技术的不断发展，各种高新技术仪器被广泛应用于各个领域。在河流、湖泊、海洋等的水体流量测验中，一项具有快速、经济、有效的高精度水文测流仪器，声学多普勒流速剖面仪被广泛引入。本文首先对声学多普勒流速剖面仪进行了概述，并此基础上对声学多普勒流速剖面仪在水文测验中的优势进行了探讨，最后，总结了声学多普勒流速剖面仪使用时的注意事项。

　　关键字：声学多普勒流速剖面仪水文测验应用研究

　　一、 ADCP的概述

　　ADCP全名为Acoustic Doppler Current Profiler，也就我们所说的声学多普勒流速剖面仪。ADCP使得水文测验技术日趋成熟，并且为我国河流、湖泊提供了技术上的资料。自我国上世纪末，引进第一部 ADCP 之后，ADCP在我国便作为一种全新的流量测验方法，并且已经在水文测量中，得到了较广泛的应用。

　　(一)、基本原理

　　ADCP基于声学多普勒原理：利用观察者与声源之间的相对运动，使得观察者观察到的声波频率发生改变的一种现象。基于声学多普勒原理，使得ADCP能够有效地利用声波，并且通过ACDP与水流的相对位置来遥测水流的速度在具体应用时，ADCP向水中发射固定频率的声波短脉冲，使得测量高精度、快速、高效。当这些脉冲碰到水中的固定散射物，如浮游生物和泥沙等，就会发生发射。于是，ADCP就可以通过这些反射来得到回波信号，然后通过相应的处理得到水流流速。

　　(二)、ADCP的分类

　　面对着不同地理环境的水文情况，为了提高水文测量的效率。于是，有效地将ADCP进行分类是必不可少的。ADCP主要分为窄带、和宽带两种类型。窄带ADCP具有测量回波序列的相关系数及相位差，铲除粗差、精确地计算流速的特点。其优点是流速标准误差小，空间和时间分辨率高。而宽带ADCP由两个或两个以上的编码脉冲波系列组成，具有脉冲延迟较短、不便的特点。

　　二、 ADCP在水文测验中的优势

　　ADCP给水文测量工作带了诸多便捷、高效。并使得声学多普勒流速剖面仪这项全新技术在水利行业的广泛应用。ADCP现已在长江水文测验中得到了广泛的应用推广，给予了长江流域水文测量带来了省时省力的优点。ADCP将物理上的知识与研究与实际水文测量应用相结合，通过总结，ADCP具有以下几点优势：

　　(一)、ADCP运用动态的方法进行水文测量

　　ADCP运用动态的方法进行水文测量主要是区别于传统流速仪的测量方法：静态方法。也就是传统流速仪是固定的。而ADCP测量时随着测量船运动过程来进行测量。与传统的流速仪测量相比，ADCP并不像传统流速仪那样要求测流断面垂直于河岸，测船航行的轨迹可以是斜线或者是曲线。ADCP所测得垂线、子断面也可以很多，每条垂线上的测点也可以很多。

　　(二)、ADCP的可配有多种工作模式

　　一台ADCP仪器可以配置多种模式，以便适应于中国复杂多变的水流条件。它ADCP还拥有专门制定的标准模式，可以普遍适用于大多数的水文测量环境。高精度、高分辨率模式可以用于在浅水、低流速的水文情况的测量。安装了多种配置模式的ADCP可以根据不同的水文环境保持自身受动流场不扰、测验时间短、测速的范围大等特点。

　　(三)、合理零盲区专利技术

　　ADCP结合了“零盲区”技术，应用于1200khz ADCP。因此，1200khzADCP可以适用于更浅水深的河流和湖泊，可提高有效的测量精度，相对于传统测量仪在尺寸、重量、盲区都大大的减小。使得我国北方的河流水文测量，通过使用ADCP，监测河道成为了可能，并且提高了测验的精度。

　　三、 ADCP使用时的注意事项及改进

　　在实际运用ADCP的过程中，还存在着许多的缺陷。如：ADCP由于其声波因其受含沙量、河床流沙和船体等影响较大，使得 ADCP 在一些水文测量的条件下，ADCP的使用受到了很大的制约。对于数据的选取，将哪些位置作为一次ADCP测验的最大流速 , 系统难以把握。对于测验水文环境的特征与传统方式的测验资料结合与衔接问题，目前还不能很好地把握。对此，对于ADCP使用时的注意事项及改进策略是十分必要的。

　　(一)、ADCP使用时的注意事项

　　在ADCP的使用时，首先是安装的问题，如何合理的安装必须参照ADCP技术安装说明而来，不能随意改变ADCP的位置。其次，对于使用ADCP进行水文的应用测量，应当注意河床走沙、高含沙量、磁场影响等对于ADCP精确有影响的问题。对于河床走沙，由于ADCP在应用水文测量时，是假定河流底部固定不运动，当当发生河床走沙现象后，会致使ADCP其误将河床泥沙的运动速度当作水流速度的一部分而产生错误。于是对于这一问题，技术人员在测量前应当事先估测。对于高含沙量问题，可能会导致ADCP在测量的过程中难以正确接收数据，于是，在使用ADCP的时候，应当根据具体水文环境来更改ADCP的测量模式。而对于磁场影响这一问题，使用ADCP时应当注意非铁质测船或外接罗经的方法，加以解决这一问题。

　　(二)、ADCP使用的改进策略

　　1、使用多种数据抽取方法

　　ADCP尽管可以获得比较准确的数据，但对于ADCP测量的数据，不应当仅仅只是使用单一的 ADCP 测量数据。在实际的应用中，由于太多的限定条件，会使得ADCP的测量存在许多的误差因子。所以，对于ADCP技术的改良，应当使用多种抽取数据的方法，在多个特定位置获得的瞬时流速数值作为该位置的流速。对于ADCP 实测最大流速，在符合水文测验的要求下 , 应当满足通过平均计算的原则。

　　2、结合传统水文测量应用经验

　　ADCP 的应用范围大多仍然局限在工程测量方面，在现实的水文测量过程中，未能非常广泛地将ADCP作为水文工作的基本测验手段。传统的水文测验方式，是一种非常经典的流速、流量测验方法。在现实应用ADCP时，由于ADCP拥有者一定的局限性，使得测验工作存在着许多的误差。于是可以鉴于传统测验方式中的合理性，使ADCP结合传统测验方式，尽量在消除误差影响的条件下，以获取稳定的真实水文流速。

　　四、结束语

　　如今的水文测验研究中，ADCP水文测验一直是受我国研究人眼重视的一项工程。但是在实际水文测验中，还发现了一些问题。对于这些问题的解决，我们引入多种数据抽取方法。并使得ADCP与传统的水文测验相结合，使得我国ADCP在水文测验的推广与应用。

　　参考文献：

　　[2] 田淳、刘少华，声学多普勒测流原理及其应用[M]，黄河水利出版社，2009.

　　[2] 钟海青. 教学模式的选择与运用. 北京师范大学出版社，2010.

　　[3] 余文森. 有效教学的理论和模式. 福建教育出版社，2011.