周翔 王靖
湖北省孝感市水文水资源勘测局，432000
摘要：对河流的流量进行准确的测量是我国水文监测工作的一项关键内容，如何在测量过程中提升工作效率、减少测量耗费的时间等一直以来都是水文监测工作者重点研究的课题。而水平ADCP测量河流流量的方法在近些年来受到了河流流量测量领域相关工作人员的大量好评，这一技术也使得我国河流流量技术有了较大的突破，逐渐向智能信息化迈进。所以本文分析了水平ADCP测量法的一些特点以及如何运用水平ADCP法对垂线流速分布的河流流量进行测量，希望给相关工作人员一些启发。
关键词：水平ADCP；垂线流速分布；河流流量测量
引言：目前我国使用的一些传统的河流流量测验方式主要有人工进行船测、桥测、涉水测量和缆道测量等，这些都是利用面积来进行测量。而水平ADCP法测流则是利用一些先进技术，比如数据自动处理技术、电磁学、遥感传输技术和声学等来加快测量进度，并使整个测量过程更加简便的同时具备信息化的特点。
一、水平ADCP技术基本概述
ADCP是专业仪器声学多普勒流速剖面仪的英文简称，这一仪器是河流流量测量领域常见的一种设备，它主要是利用声学多普勒的原理，通过高分辨率对水流垂直或水平方向的瞬时流速以及河流深度、宽度进行测量从而得出河流流量相关的测量结果，因此这一设备也是当前在世界上应用非常广泛的一个设备。而本文所提及的水平ADCP就是将普通的ADCP设备进行横向而且保证水平的安装，水平放置的ADCP设备可以测量到河流的横向流速，并在此基础上利用水平ADCP实际测量得到的河流流速和流速仪或者走航式ADCP等一起实际测量得到的平均流速来进行计算，根据这几者之间的关系来最终计算出河流流量。
二、水平ADCP技术的优缺点
ADCP技术是一种现代化的测流手段，其能在多普勒频移的支撑下，实现水体速度的有效测定[1]。尽管水平ADCP已经成为了当前河流流量测量领域知名的测量仪器，但是水平ADCP也有一定的使用限制，比如水平ADCP所测量得到的横向流速实际上受到水位变幅、代表线位置和横向实测区间大小等一系列因素的影响，此外水平ADCP的测量探头也会因为水流而产生一定的上下浮动，造成探测的数据不准，另一方面水中的一些漂浮物体也有可能撞击测量探头，造成设备损伤。总的来说，水平式ADCP的误差主要有速脉动流速测量误差和横向流速实测区间的代表性误差[2]。以上这些这些影响使得水平ADCP的精度难以得到很好的保证，所以水平ADCP在应用普及程度上还不是很好。但是它与传统的人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量等方式相比还是具备自己独特的先进性和优点。首先在传统的测量方式中，往往都需要将测量仪器固定在河流测量点的垂线处进行测量的，而水平ADCP仪器可以随着测量船只一起运动，并在动态运动中测得相关河流数据。
水平ADCP相比起传统的一些静态测量流速的方法来说可以很大程度上缩短测量的时间，从而测量到更加准确的洪峰流量，其次水平ADCP这种测量方式并不要求被测量流速的河流断面垂直于河岸，在以往的河流流量测量方式中，一般都需要使得测流的断面与河岸呈垂直的关系，而水平ADCP则没有这个限制，因为水平ADCP在进行测量时，它的计算方式不会依赖于船只至河流此岸到彼岸间航线的关系，所以搭载着ADCP的测量船可以根据河流情况调整方向，这就为测量工作提供了更高的灵活性和便利性。此外水平ADCP还具有更加强大的自动化系统，可以最大程度上减少人工干预，而由其搭载的计算机系统自动计算，这样就可以快速得出其流速、流量、流向、水深等一系列重要数据。最后水平ADCP测流这一装置安装起来比较方便，所需要的其他辅助设施也比较少，非常方便携带。总的来说，水平式ADCP测流系统摒弃了以往传统的人工测流方式中的很多缺点，比如测速慢、不方便携带等，它实现了测流设备无需渡河就可以进行测量的方式，给河流流量测速领域带来了极大的技术变革。
三、基于水平ADCP施测垂线流速分布的河流流量测量方法
（一）水平ADCP的安装
要想使用水平ADCP对河流流量进行测量就必须首先认识水平ADCP设备的一些重要构件以及安装方法。ADCP仪器主要由一系列的部件所构成，其主要有船体构件、主机、PNC、GPS构件、无线连接电脑装置等，这些构件组成了完整的水平ADCP设备。船体构件是水平ADCP进行测量的载体部分，这种测量船体常见的有遥控和拖拽两种，通常都会在船体配置平衡尾翼和嵌入挂钩柱，其长度一般为一点五米，宽则为零点七米。系统主机则是用来储存测量过程中得到的数据，并连接对应的测量信号。PNC则是放置电池的部位，它的主要功能就是给系统提供电能连接信号。GPS则是用于系统定位，接收和传输信号。在掌握这些构件的基本知识以后就需要对水平ADCP进行安装，安装首先要最大限度地确保测量船能够静止在岸边。然后就需要将数据电缆线接通，值得注意的是接通过程中要防止插头碰到水。在接通数据电缆线以后就要观察PNC和电脑接收器指示灯是否有变化，如果没有变化，则检查数据电缆线是否插好或者是否进水损坏。然后需要进行罗盘的校正，校正前要保证水平ADCP不会受到磁场的干扰。需要注意的是在每一次流量测量之前都要做一次罗盘校正。
（二）ADCP的测量方法
实践表明，ADCP所测得的相关河流流量数据往往是十分准确的，而且它的测量时间相比起传统的河流流量测量方式来说也比较短，所以在垂线流速分布的河流流量测量过程中使用水平ADCP测量法是一个比较好的方式。在ADCP进行测量的过程中要注意的一个前提条件就是被测河流的最小水深，对于水平ADCP测量方式来说，其测量河流的断面水深不能小于0.3m。其具体测量方法主要可以分为三个阶段，即开始河岸、走航实测断面、结束河岸。首先是利用水平ADCP对开始河岸进行相关数据的采集，这一步骤需要搭载水平ADCP的测量船停靠在开始测量的河岸处，等待水平ADCP进行数据采集直到水平ADCP已经采集到十个及以上的剖面数据时才可以开始下一阶段的测量，而在河岸处停靠测量的时间一般为十秒左右，具体时间要根据数据采集的时间而定。等到水平ADCP已经采集到十个及以上的剖面数据后就可以让水平ADCP开始随船移动测量，这个过程中船体要最大限度地保持恒定的船速和船向来向对岸进行移动。此后就是结束时在河岸对数据进行采集的过程，这一步骤主要是开始于航已经行到了横跨断面的地方，而等搭载水平ADCP的测量船到对岸时，测量人员要输入距离岸边的距离，同时最大程度地保持测量船不动，等待水平ADCP测量数据，这一过程需要十秒以上的时间，然后测量人员就可以结束测量。为了保证数据的样本量足够大，测量可以重复上述过程直至拿到足够的数据。在每次测量结束收集完这些重要数据后，水平ADCP所配备的电脑系统就会对每一个测量来回之间的误差进行检测，并按照合适的偏差度对测量结果进行标记和分类，以百分之五偏差度为例，如果水平ADCP所配备的电脑系统检测到两个测量来回间的总流量相差低于百分之五，那么这条数据就被判定为合格数据，反之偏差度高于百分之五的数据就会判定为不合格。同时合格和不合格的数据会被显示为不同的颜色，方便观察者进行观测和记录，而通常情况下这种测量需要使用到四组数据才能进行数据偏差处理。
四、结束语
综上所述，使用ADCP这种专业的河流流量测量仪器来进行测量工作可以提升测量结果的准确性并在很大程度上降低测量的难度和花费的时间，它的总体性能和工作成效都要比传统测流方法的更加优秀，尤其在临时断面测流和突发局部洪水，抢测洪峰时等突发紧急情况时，更是表现出了操作简便、时间短、便于携带等等诸多优点。所以研究更先进的ADCP测量技术是河流流量测量领域相关人员在积极研究的课题。
参考文献
[1]马骥.ADCP技术应用于河道流量测验中的效果探讨[J].科技经济导刊,2020,28(08):103-104.
[2]黄幸.水平式ADCP流量在线监测应用分析[J].陕西水利,2021(05):35-39.