Channel Master型H—ADCP换能器安装精度检测

唐成勇　朱爱文

【摘要】Channel Master型H-ADCP指标流速法流量测验具有数据实时在线、信息传输自动化程度高等特点，已在我国水文测验、水资源调查、水环境保护等方面得到广泛应用。H-ADCP换能器安装是否符合要求，直接影响测验数据的准确度。本文结合Channel Master型H-ADCP测验特点，对H-ADCP换能器安装精度进行检测。

【关键词】H-ADCP ；换能器；安装控制要素；检测

H-ADCP equipment （type of Channel Master ） of the transducer installation accuracy detection——Take the installation of frequency 600kHz transducer as an example

TANG Cheng yong ZHU Ai wen

The Yangtze River Water Conservancy Committee Jingjiang River Hydrology and Water Resources Survey Bureau of Yidu branch Yidu Hubei 443300

【Abstract】 Channel Master H-ADCP， this instrument uses the index flow rate method to carry out the flow test. It has the characteristics of real-time data on-line and high degree of automation of information transmission， been widely used in Hydrometric test， water resources investigation and water environment protection in our country. The installation of the instrument directly affects the accuracy of the test data. In this paper， combined with the characteristics of the instrument hydrological test method， the accuracy of the installation of the transducer to detect.

【Key word】H-ADCP ； Transducer； Install control elements； Detection

0 引言

H-ADCP测流基本原理，为利用缆道流速仪法实测流量数据和H-ADCP实测流速数据建立断面平均流速V与指标流速VI（即水平式ADCP实测流速）之间相关关系， 即建立率定关系线或回归方程，与相应水道断面面积相乘进而推算得到断面流量。由于H-ADCP具有安装直接、操作简便、不扰动流场、在线监测、稳定可靠等优点，在我国应用越来越广泛，目前H-ADCP换能器安装方法主要有支臂式、倾斜轨道式、侧壁固定式、侧壁轨道式等几种方法。H-ADCP各安装要素不到位，将造成指标流速数据不可靠，导致流量测验准确度降低。本文以H-ADCP各安装要素为分析点，来检测H-ADCP换能器安装精度。

1、 ChannelMaster型H-ADCP型号CM600主要参数

最小单元长度：0.5m；最大剖面范围：90m；流速量程：±5.0m/s（默认），±20m/s（最大）；换能器直径10.2cm；声束角20°；声束开角：1.5°；内存：4兆；电源（直流）10～18伏。温度传感器量程：-4～40°，准确度：±0.2°，分辨率0.01°。

2、 H-ADCP安装精度控制主要检查要素

2.1 河段控制

H-ADCP安装位置河段宜河道顺直、测到主流区域、流场稳定。

河道顺直。H-ADCP横轴和流向宜基本垂直，通过流向测验，将换能器X轴与河道主流方向平行，便于安装换能器时有效微调横摇和纵摇的姿态角度；使采集的流速数据横向方向流速分量Vy趋近于零、纵向方向流速分量Vx更集中。见图1。

测到主流区域。频率600kHz H-ADCP最大剖面范围为90m，为了便于挑选最佳指标流速，换能器测速剖面范围须将断面主流区域、深泓包括在90m测验剖面范围以内，换能器安装位置测到的相对水层多点流速应能反映河段平均流速，才能建立稳定的层流速与断面平均流速的关系。

流場稳定。安装位置测验范围内河床不宜有倒坡；须避开回水、死水；流向集中；少漂浮物、碰撞物。

2.2 换能器声束测量范围内断面河床控制

H-ADCP换能器声束1和声束2通过频移原理测得相对水层流速，再改算为断面相对水层流速（见图2）。换能器安装位置以下河床断面要相对稳定、对称或相似，流速测验精度才高。

H-ADCP两个声束（声束1和声束2）测验时会产生两条回波强度，通过两条回波强度绘图可以检验换能器安装位置以下河床断面情况。

图3显示H-ADCP换能器以下测验范围内河床断面相似，声束1和声束2回波强度显示测量范围内主瓣区完整，测得的数据改算成断面相对水层流速数据可靠。图4中，声束1和声束2两条回波强度线交叉，沿Y轴若呈现固定尖峰脉冲，显示H-ADCP换能器以下测验范围内河床不相似或者声束2至河心测量距离30～90m处有凸起河床或其它障碍物，凸起河床或障碍物直接影响主瓣区的测速精度。

2.2.1 换能器安装位置最小水深和有效河床宽度控制

H-ADCP两个声束开角均为1.5°，声波发射量程长度每增加10m，声波主瓣区高度增加约为0.26m。按频率600kHz H-ADCP最大剖面90m宽度全量程计算，要全量程测到完整主瓣区流速层，声波主瓣区最远端高度约为2.34m。

H-ADCP换能器一般安装在历年平均水深60%处位置。为了保证两个声波主瓣区在最大剖面90m宽度全量程以内不受损伤，主瓣区量程范围不得触到河床底部，即H-ADCP换能器岸边安装点水平高程必须高于河床最高点1.17m。

陡涨陡落河流要求H-ADCP换能器安装在最低水位附近的，以H-ADCP换能器声束波能测到主流区域代表河段平均流速为前提，再根据剖面宽度及主流区域河床高程计算确定H-ADCP换能器岸边安装点位置。

2.2.2 換能器安装位置有效河床宽度控制

H-ADCP声束1和声束2的声束角度均为20°，按最大测验剖面长度90m量程计算，要获得最大测验剖面长度90m量程有效测速数据，声束1和声束2的测验上、下游河床宽度为64.1m。

在有效河床宽度和换能器安装位置满足最小水深前提下，须保证该河床范围流场稳定、能测到代表断面平均流速的主流区域等要素。

2.3 纵摇和横摇角度控制

H-ADCP换能器纵摇和横摇安装角度直接影响测速精度。

X轴和水流方向平行，X轴附近测的是纵摇，角度应为零度。Y轴和水流方向垂直，Y轴附近测的是横摇，角度必须为零。

如果H-ADCP换能器安装位置特殊，出现下列情况，纵、摇角度可以放宽到±0.1°以内。

H-ADCP换能器受声束开角限制，主瓣区达不到有效测验量程就触及河面，宜将纵摇角度控制在0～-0.1°以内（水平向下倾斜），且主瓣区在有效测验量程内不能触及河床。

H-ADCP换能器受声束开角限制，主瓣区达不到有效测验量程就触及河床或障碍物，宜将纵摇角度控制在0～0.1°以内（水平向上倾斜），且主瓣区在有效测验量程内不能触及河面。

H-ADCP换能器横摇角度只要不为零度，正、负横摇角度均造成声束1和声束2改变测量水层位置，声束1和声束2不在同一水层上，实测的水层断面指标流速不等于声束在水平状态下测得的指标流速，直接造成断面流量失真。

3、 H-ADCP安装精度控制其它检查要素

3.1 H-ADCP内置水位计测量水位检查

H-ADCP换能器中内置了超声波水位计和压力式水位计。两部水位计均同步测量水位（垂直波束至水面水体距离）。当两部内置水位计均正常工作时， WinH-ADCP软件窗口显示的是超声波水位；当超声波水位计不能正常工作时，WinH-ADCP软件软件窗口显示的是压力式水位计水位。两部水位计显示的水位若应与人工校核水位不相等（允许误差范围内），排除涌水、旋流、漂浮物和压力式水位计置零等影响因素，宜检查校正H-ADCP换能器纵、横摇角度，换能器纵、横摇倾斜角度直接影响水位测验准确度。

3.2 实测相对水层各点流速分布矢量线与断面垂直情况检查

如果H-ADCP实测相对水层各点流速分布矢量线在横断面上紊乱，无法建立稳定的层流速与断面平均流速关系，H-ADCP安装位置须重新选址。如果H-ADCP实测相对水层各点流速分布矢量线在断面上呈现系统不垂直，须调整H-ADCP纵、横摇姿态角度。

3.3 H-ADCP换能器安装位置因测量水体超深影响层流速与断面平均流速相关性强度检查

H-ADCP换能器安装后，超过测深量程，应及时检查层流速与断面平均流速的相关性，若为弱相关，应分水位级或直接调整升高 H-ADCP换能器安装点位置，以达到层流速与断面平均流速为强相关为原则。

4、结束语

综上所述，在H-ADCP换能器安装中，任何一个要素出现误差，均会降低流速测验准确度。安装前，须对河道河势查勘、流场测验、H-ADCP声束测验范围内断面测量、换能器安装点位置高程测算、纵横摇姿态角调整为零度、压力式水位计置零等每一个环节控制到位，才能保证流速测验精度。

参考文献：

[1]邱蔚天，孙锋.H-ADCP在山溪性河流水文站流量测验中的应用研究[J].《人民珠江》，2015，4：67-69.

作者简介：

唐成勇，（1986年-），男，毕业于重庆交通大学，长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局宜都分局助理工程师。

朱爱文，（1988年-），男，毕业于江苏海事职业技术学院，长江水利委员会水文局荆江水文水资源勘测局宜都分局助理工程师。