黄委会山东水文水资源局 山东济南 257400
摘要：为提高测验水平起到了积极作用，但在缆道测流过程中存在着多种误差的形成机会，若不加以控制将直接影响水文测验成果。本文根据多年缆道测流的实践，对测流过程中易发生的误差进行了分析，较详细的提出了误差控制措施，对提高水文缆道精度有实际参考价值。
关键词：水文；ADCP；误差；控制
前言
流量是最主要的一项水文要素，也是防汛抗旱及水资源量计算的重要依据。传统的流量监测仪器为转子式流速仪，随着水文现代化的发展，新型的流量监测仪器相继问世。此文对流量监测中应用最为广泛的新型仪器ADCP的原理进行简单介绍，提出了新型水文仪器的推广应用及建议。
1声学多普勒流速剖面仪ADCP在流量监测工作中的应用要点
首先，声学多普勒流速仪在投入使用前，应与转子式流速仪进行比测，并编写分析报告。以流速仪测得流量作为标准流量进行误差统计分析，计算其相对误差、系统误差及标准差，按相关标准进行评定。另外，还需要对仪器的稳定性进行评定。分析报告应包括测验河段水文特性、测站特征等基本概况、试验内容与资料收集方法、使用的仪器设备情况、流量测验参数设置、误差分析、存在问题与解决方法、使用范围、使用方式方法、质量保证措施等内容。其次，应用过程中应注意对仪器的检查与保养。每次流量监测作业完成应对仪器进行检查。根据需要及时进行系统软件升级与硬件维护，较大的硬件、软件升级须进行必要的测。每年汛前要定期对仪器进行一次全面系统的检查，包括仪器设备检修和精度检测两部分。最后，还要注意仪器本身的适用条件，比如在含沙量较大、流速较大的地点就不适合使用ADCP；又如在有河底有冲淤变化或水流有推移质存在时，应用GPS定位系统代替河底跟踪系统等。
2声学多普勒流速剖面仪ADCP的误差分析
一是与ADCP性能有关的误差。如由测验盲区引起的误差；磁场、泥沙等带来的误差。
二是测验误差。包括船速测量误差、水深测量误差、水边距测量误差、仪器入水深度测量误差等。
三是仪器操作是否规范带来的误差。主要包括三体船船速控制、左右岸边距测量误差等。
3误差来源分析
（1）河底推移质运动对于测船航行速度具有严重影响。在水流速度较快的情况下，河底部泥沙受到水流冲击而形成推移质运行，此种情况下会严重影响ADCP所测船的航行速度，所测得的水层流速要小于实际流速，造成流向偏差。
（2）高含沙水流会增强声波能量的反射以及吸收，距离换能器相对较近的区域回波强度相对较大，距离换能器较远的区域回波强度会下降到本底噪音，从而造成ADCP剖面深度的减小。高含沙水流会造成ADCP底跟踪和水深测量误差增加直到失效。
（3）在进行流量测验时所选不同深度单元尺寸会严重影响测量内容，包括：水层流速测量精度、流速测量垂直分辨率、剖面深度等等。在单元尺寸较小的情况下，流速测量垂向分辨率较高，能够测量的范围较大，但是所测内容精度相对较低，同时会造成剖面深度的下降。在单元尺寸较大的情况下，表层未测区厚度会增加，同时流速测量精度以及单元尺寸关系呈现出了阶跃函数形式。
（4）通过不同的脉冲数据输出能够影响到流速以及流量的测量精度。单脉冲数据输出会造成ADCP单位时间内脉冲采样速率以及采样个数的下降，从而影响到流速以及流量的精度。另外，多脉冲数据输出会降低数据处理以及计算次数和时间，从而提升脉冲发射的数量。
（5）在进行流量测验过程中，对于ADCP非实测区的表层或者底层来说，在可以通过指数公式表示明渠均匀流速垂直方向分布的情况下，可以利用指数流速剖面法实施平均流速的估算。
4ADCP流量测验误差控制分析
（1）在进行河底推移质运行所造成误差控制时，需要降低ADCP的频率。受推移质运动的影响，水体中含沙量会有较大提升，而低频系统的声波具有较强的穿透能力，能够通过降低跟踪脉冲长度来降低甚至消除因为推移质运动所造成的测量误差。若是通过上述措施无法进行有效的误差控制，可通过高精度GPS以及罗径测量船速，一定要要确保差分GPS精度达到亚米级精度，及ADCP外部罗盘要实施精确的标定，同时也要对地磁偏角进行精确测定。除此之外，要确保测船的航速小于或等于河流的平均流速。
（2）在对高含沙水流所造成的测量误差控制时，因ADCP高含沙水流中无法正常实施底跟踪以及水深测量，需通过差分GPS进行船速的测量，同时采用回声测深仪实施水深测量。
（3）在对不同深度单元尺寸所造成的测量进行误差控制时，在水较深的情况下要采用较大的单元，在水较浅的情况下要采用较小的单元，从而提升实测的范围，也能够增加垂向有效单元数目。
（4）在对不同脉冲数据输出所造成的测量误差控制时，要尽可能采用多脉冲数据输出的方式。由于流速以及流量的测量精度和脉冲采样速率平方根成正比，单脉冲数据输出比多脉冲平均数据输出流速和流量测量精度降低大约5/7倍～10/17倍。
（5）在对ADCP非实测区表层或者底层流量计量误差控制时，需要通过多次比侧率定指数，要确保不同断面指数分别率定。
5具体案例分析
采取上述流量测验误差控制措施后，某站在2018年3月到9月半年期间，通过普通的流速仪以及RDI600kHz的走航式ADCP分别实施了流量比测，具体情况见表1。
表1流速比测内容
.png)
有效的断面流量比测达到了40次，进行误差分析以及统计的ADCP成果所得相对标准误差为1.15%，系统误差达到了1.71%。通过ADCP的BTM、GGA模式流速分别和流速仪流速实施误差统计可知，在BTM模式下相对标准差达到了15.62%，系统误差达到了-12.28%，在GGA模式下相对标准差达到了7.86%，系统误差达到了-0.7%。但是随着流量的增加，在BTM模式下所测得的流速越发偏小，误差也随之增加；通过ADCP的BTM、GGA模式和流速仪法垂线平均流速单独实施误差统计可知，垂线平均流速比测误差和测点流速误差大体上相同，在BTM模式下相对标准差达到了12.7%，系统误差达到了-11.18%，在GGA模式下相对标准差达到了3.23%，系统误差达到了-0.3%。之所以造成BTM模式下误差超限，主要是由于底跟踪失效的的缘故。通过ADCP采用底跟踪方式实施断面流量测验，测验误差以及相应精度都满足《城市水文监测与评价分析技术导则》（SL/Z572-2014）规范的要求。
结束语
综上，在利用ADCP实施断面流量测验时所测部位都是断面中部，所以此区域也可称之为ADCP的实测区。水文监测中ADCP流量测验具有测量便利、快捷的特点，可以进行实时监测。但是在水深不足、周边存在磁场、河床为流沙的情况下测量精度就会受到较大影响。本文主要分析了ADCP流量测验误差的影响因素，在此基础上提出了ADCP流量测验误差控制针对性的措施。以期对水文监测中ADCP流量测验误差控制提供一定参考和帮助。
参考文献：
[1]水文流量测验水深测量误差[J].蒋国民，仇东山，刘铭.珠江水运.2020（01）.
[2]水文缆道全自动测流系统原理及应用[J].韩新庆，李东俊，王琳菲.治淮.2002（05）.
[3]肖丽媛.水文监测中ADCP技术的运用及优越性浅析[J].地下水，2016（6）：217-218.
[4]李吉林，陈沭.ADCP在水文监测中的应用分析[J].山东水利，2014（12）：7-8.