浅议ADCP在中小河流水文测验中的应用

张晓红

摘 要：水利事业的发展与时代进步，以及科学技术的进步都有着十分密切的关系，而且和人们生活也存在密切的关系。目前，我国多项科学技术都在水利建设中得到了应用，这些技术的应用极大的改善了水利项目的质量。本文以ADCP （声学多普勒流速剖面仪）为入手点，探讨了其在水利项目上的应用，以供参考。

关键词：水文 测验 中小河流 ADCP

ADCP是由美国学者在1981年根据声学多普勒理论而设计出的一种设备，经过多年的实践应用以及不断的技术改进，目前，已将原来测量海洋的功能逐渐扩展至对河流的流量、流速进行测量，且测量精度得到大幅提升。本文结合笔者的工作经验，对ADCP在水利项目之中的使用原理进行了探讨，并分析了其在实际测验中的应用情况，具体内容如下：

1.ADCP的使用原理和测量方式

ADCP这种设备主要是借助声波换能器与声脉冲波，来测量河流之中的流量与流速情况，操作步骤如下，先是在河流下面放好声波换能器，由其传出相应频率的声脉冲波，并吸纳水中的粒状物，所传出的声脉冲波不只是局限于一个角度，而是出现与多个不同的角度，然后，根据不同频率之间存在的差值，就可算出流速大小。而且ADCP在实际应用当中，可做到动态、实时的测量流速，而且能够由多个不同的方向将声脉冲传出，为测定流速给出多个不同的数值，从而使所得结果的精确度更高。经过应用这一种测量方式，能够将河流的实际流速以及断面流速全部准确的测出，而且通过声波换能器的作用，能够使所得的测定结果更加真实与可靠，并使ADCP可在短时间内，就可做到对较大区域流速的测定。

现阶段，ADCP在测量水体流速方面使用的测量方式主要有2种：即走航式和定点式，前一种方式是将ADCP放于水下面的船身部位，经由船的行进来完成河流测定，由于是在行进过程中来完成测量的，所以，得到的结果是一种参照船体的相对值。假定水中的粒状物与流速二者的运动速度是一样的，则在使用ADCP对粒状物运动进行水跟踪后，就可得出相对的流度。若ADCP处于固定的状态，那么，在水跟踪后，所获得的流速就是绝对速度。如果ADCP平台处于流动的状态，那么，只要将所获得的相对流速与平台移动速度二者相减，就能够得到水流的绝对速度。而后一种方式是将ADCP放在固定点上面，固定点可以选择桥墩等，由于是在固定的状态下进行测量，所以，获得的测定值为真实值，可直接用在对数据的处理上。

2.ADCP在水文监测方面的应用

通过将ADCP应用在水文监测方面，能够使获得的河流测量数据更加的精准，其测定的流速还包括靠近岸两边的水流流速。

首先，中小河流进行水文测验的目的与所显现出的特点。这里所说的中小河流是指和人们平时生活存在联系的一些中小河流。可以认为，在这些河流里面所产生的各种不同水文运动，对附近居民的生活造成的影响是很大的。因此，对中小河流采取相关的治理措施以及做水文测验，将会极大的改善附近居民生活，且有利于防洪抗旱工作。但是，需要引起注意的是，水体在外部影响下，容易使水流量与流速、以及水质出现变化，进而对农业生产与附近人们的生活产生影响。因此，经由采取适合方式对水文进行测验，将利于相关人员探明水体运动情况，以便有针对性的做好预先防范工作，从而减轻周围居民生活所受水体运动的影响。但在实际测验过程中，一定要采取措施避免水体运动对测验造成影响。

其次，运用ADCP对中小河流实施水文测验。这一测验一定要按照以下次序来进行，先是由ADCP向水体传出相应频率的声脉冲，同时，会引起反射波的出下，在反射波被ADCP接收到之后，工作人员就可通过ADCP方程式，对接收到的频率和原频率二者的差值做出计算，就能得出水体流速。在水文测验之中，存在不少可干扰声脉冲频率的因素，从而使测量出的水流流速不准，并使得反射声脉冲频率出现波动。而且水文运动引起的水体变化，亦会对测定结果产生影响。在进行流量测定当中，水体里面的杂质对声脉冲产生的反射频率造成干扰，而且在杂质表面会出现一薄层附着物，由于附着物的存在，就会将杂质与声脉冲二者进行隔离，从而减少了在杂质上的脉冲反射，进而影响了流量的测定。测定流量过程中，由于ADCP与声脉冲的频率变化都是局限在某个区间的，因此，若水体运动非常活跃，则所传出的声脉冲，会因为水体中杂质的增多，而减弱反射频率。例如，在夏季河流水势旺盛的情况下，由于水体的运动十分活跃，从而搅起底层的大量泥沙，使大量泥沙悬浮在河流之中，这样一来，就对声脉冲造成了严重的干扰，会使测出的脉冲频率与真实值之间存在过大的偏差。另外，在运用ADCP来测定水文时，由于不同水体所产生的运动是不同的，所以，也会对测定结果造成很大的干扰。因为受水体灵活性的影响，声脉冲在传出过程中，会受到水中悬浮杂质的影响，在测定过程中，当悬浮杂质在水体运动作用下而改变运动方向时，则声波换能器在传出声脉冲之后，就不可能准确的接到已划定区域中的反射脉冲，这样就严重影响了测定的结果。

为解决应用ADCP进行水文测验时所出现的问题，须慎重选择测定地点，要针对稳定流速的水体来测定声脉冲频率，以确保测定结果避免外部不利影响，使声脉冲频率测定更加精准。而且，在测验当中要注意流速的对比，也就是将同一水体里面处于不同位置的水流各自具有流速进行对比，从而确保测定数据更加符合实际。

3.应用实例

现以某河流断面的实时流速测验数据为依据进行流量计算，详见表1。

4.ADCP的良好前景

ADCP这这一装置是现阶段进行水流流量测定中所应用的一种最高端的装置，由于其测验结果精确、测量效率高，因此受到水文技术人员的青睐，得到较多的应用。随着在实践当中取得众多的测验成果，许多水文学者开始关注ADCP的研究，相信在今后，ADCP一定会使测量范围更大，结果精度更高，从而使测定所得到的数据能够符合有关水文测验的规定。

5.结语

由上述可知，通过采用ADCP来对不同河段之中的流速进行测验，可以极大的简化测验流程，有助于整理与编定目前的河流水文相关资料。ADCP与以往采用的剖面流速测验技术对比，具有更高的测量精度，且操作简捷。随着今后ADCP在水文测验中的普及，可为我国在防洪抗旱、及调配水资源等方面，提供出精准、可靠的数据，从而促进我国水文测验的发展。

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