便携式ADCP固定设备在封冻期水文测验中的应用

梁秀日方，吴高庄，邱天尧，梁 琳

（松辽水利委员会水文局黑龙江中游水文水资源中心，黑龙江佳木斯154000）

我国东北主要有松花江流域、辽河流域和黑龙江流域，河流都有封冻期，从南到北，封冻期长短不同，至最北的漠河，封冻期长达半年以上。北方漫长的封冻期，给水文测验工作带来很大的考验，很多先进的机械、仪器设备因条件制约很难应用到测验中。近几年来，逐步加大了冬季测验技术的研究，努力改善冬季外业测验的条件，封冻期利用ADCP进行流量测验已逐步成为常态化测验方式。

1 现状及存在问题

1）封冻期采用ADCP进行流量测验过程中，每个冰孔均需人工把持测杆于相对水深位置，保持ADCP与水浸冰面垂直，保持ADCP对准水流流向且稳定100s。整套ADCP设备包括ADCP仪器、测杆、背包、电瓶、电台、电线等，重约10kg，为保证仪器位置不变，作业人员需保持弯腰姿势不动，整个断面测量下来，长时间身处大风低温环境下，弯腰作业的时间过长，操作人员身体容易受到伤害。

2）冰面冷滑，冰情多变，人员在湿滑的冰孔附近长时间逗留，存在不慎滑入冰孔的安全风险。测验过程中，把持ADCP测杆的手套因沾水成冰，容易因表面光滑而导致测杆脱落，造成仪器故障甚至损坏或丢失。

3）封冻期流速较小，操作人员手持仪器微小的晃动都有可能对垂线流速带来很大的影响，进而影响流量测验的精度。

2 设计思路

1）解决封冻期ADCP测验中存在的问题

ADCP较传统流速仪测验方式已经大大缩短了封冻期测验时间，但测验人员还没有完全脱离仪器的束缚，人力辅助工作较多。设计研发的便携式ADCP固定设备能够固定ADCP仪器于冰面测孔位置，保证ADCP仪器根据冰层厚度任意调节位置，固定后保持方位不变。用设备代替人力手扶，可以有效地减少测验安全隐患，保证测验人员的人身安全，同时也可以有效地提高测验精度。

2）设计轻巧、结构简单、结实耐用

冬季气温较低，测验人员穿着较厚，研发的设备要求重量轻、结构简单、结实耐用、操作过程时长短，才能达到使用和推广的目的及条件。

3）实现ADCP测验全程机械化、自动化

研发的设备配合使用移动式清凌钻冰一体机等设备，能够实现从除冰、钻冰到ADCP测流一系列测验过程的机械化、自动化，达到科学、现代、高效一体化。

3 结构及功能特点

便携式ADCP固定设备整体采用铝合金材料焊制，大大降低了设备重量，便于携带。支架设计采用三角形结构，保证设备安装后的稳固性，三角型设计能够保证ADCP测杆无障碍地放到卡扣中。另外该设备最大的功能特点是在测杆固定上选用了快速卡扣，测杆就位后直接就能卡住固定，从而提高安装速度，大大节省了安装时间。整个设备结构简单，没有采用一个螺母和螺栓，却可以达到让ADCP及连接测杆从上到下受力均匀，防止因设备在收紧过程中产生的复合应力对测杆造成塑性变形和弹性变形，保证设备在冰面上安装使用的稳定性，大大降低了因设备的外在干扰而对测流数据准确性产生的影响。北方较大河流以立封为主，冰面不平整，圆形直径过大易造成设备放置不平整；设备上部为可调节颈口大小的弹簧挂钩，内置胶皮垫以增加摩擦力，保证仪器不脱落；弹簧挂钩与下部圆形钢圈在焊接时要绝对平行，以保证ADCP竖直向下；颈口距离地面约60cm。

4 使用方法

在移动式清凌钻冰一体机完成清冰凌、钻好冰孔后，测验人员将冰孔附近的碎冰清理干净，以保证设备放置时不受冰块影响而改变方向。ADCP移动到冰孔位置时，将该固定设备先置于冰孔处，然后将ADCP仪器沿弹簧挂钩处放于颈口内，反向卡住颈口；测验结束后，先用手扶稳ADCP测杆，再将颈口处弹簧挂钩打开，取出ADCP仪器移动到下一个冰孔位置，操作非常简便省时。

5 优点

1）结构简单，易于加工制作。固定设备所用材料在市场上便于购置，加工简单，技术难度不大。

2）体积小、重量轻。冬季江面作业时人员穿着厚重，整套ADCP设备较重，所以设计的ADCP固定设备体积小、重量轻，不会增加测验人员负担，便于携带。

3）操作简单快捷。ADCP仪器位置安放好后即可卡住固定，操作简单快捷，省时省力，整个过程大约用时10s。

4）任意位置调节、灵活安全可靠。不同冰孔、冰厚，仪器下水深度也各不相同，该设备可任意调节ADCP方向与下水的深度，灵活安全可靠，满足测验要求。

6 结语

封冻期采用便携式ADCP固定设备固定仪器、稳定方向，同时根据测验需要可以任意调节方向和深度，真正地解放人力，安全可靠，极大提升了封冻期水文测验现代化的能力和水平。目前，便携式ADCP固定设备已在4个水文站封冻期流量测验中加以应用，效果显著。该设备设计轻巧、操作简便、稳定可靠，具有较好的推广应用价值。