“ADCP”在引黃濟津輸水測流中的應(yīng)用

【摘 要】為圓滿完成引黃輸水測流任務(wù)，上級為水文站配備了先進的測流設(shè)備——流量實時測量儀器ADCP。通過ADCP的使用，積累了經(jīng)驗，也有其局限性。本文主要從什么是ADCP、使用、局限性等幾個方面對其進行了說明。

【關(guān)鍵詞】“引黃濟津”；“ADCP”；“流量監(jiān)測”

為了滿足天津市供水需求，國務(wù)院決定開辟引黃濟津應(yīng)急輸水潘莊新線路。并新建“穿漳衛(wèi)新河倒虹吸工程”。該工程是輸水線路的控制性關(guān)鍵節(jié)點工程，又處于山東、河北兩省交界處，水量、水質(zhì)的監(jiān)測任務(wù)重要而艱巨。

引黃輸水測流工作要求高、任務(wù)重。為圓滿完成上級安排的測流任務(wù)，在上級大力支持下，水文站配備了先進的測流設(shè)備——流量實時測量儀器ADCP。通過輸水170天的測流使用獲得了較滿意的效果，也積累了一定的經(jīng)驗，為今后使用ADCP測流打下了基礎(chǔ)。

1. 什么是ADCP

ADCP全稱為Acoustic Doppler Current Profilers，即聲學(xué)多普勒流速剖面儀，是二十世紀80年代初發(fā)展起來的一種新型測流設(shè)備。 它利用多普勒效應(yīng)原理進行流速測量。ADCP因其原理的優(yōu)越性，突破傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)動為基礎(chǔ)的傳感流速儀，用聲波換能器作傳感器，換能器發(fā)射聲脈沖波，聲脈沖波通過水體中不均勻分布的泥沙顆粒、浮游生物等反散射體反散射，由換能器接收信號，經(jīng)測定多普勒頻移而測算出流速。ADCP具有具有不擾動流場、測驗歷時短、測速范圍大等特點。

2. 與傳統(tǒng)測流方式的異同

2.1 ADCP 測驗的必要性流量測驗是水文工作的主要任務(wù)之一， 使用旋漿式流速儀法傳統(tǒng)的流量測驗手段， 由于其歷時長、自動化程度低等固有的缺點，難以滿足目前測流任務(wù)的需要。而ADCP 利用聲學(xué)多普勒原理能直接測出斷面的流速剖面，具有不擾動流場、歷時短、測速范圍廣、采集數(shù)據(jù)量大等諸多優(yōu)點，可以極大程度地減小勞動強度、增加工作效率、提高現(xiàn)代化水平，成為本次流量測驗的首選方式。

2.2 測量原理基本一致。與傳統(tǒng)的人工船測，橋測，纜道測量，和涉水測量的基本原理一樣：在測流斷面上布設(shè)多條垂線，在每條垂線處測量水深并測量多點的流速從而得到垂線平均流速，但ADCP所測的垂線可以很多，每條垂線上的測點也很多。

2.3 不同之處。傳統(tǒng)流速儀法是靜態(tài)方法。流速儀是固定的。ADCP方法是動態(tài)方法。ADCP在隨測量船運動過程中進行測驗。傳統(tǒng)流速儀法要求測流斷面垂直于河岸。ADCP方法不要求測流斷面垂直于河岸。測船航行的軌跡可以是斜線或曲線。

3. 實際應(yīng)用

3.1 使用方法。ADCP是將儀器的水下?lián)Q能器垂直放入水中，用人工從一岸拉到另一岸時，可采集到計算流量所需要全部資料，包括水深、水流速度和儀器在水流中的水平位置，通過2個測回得出的數(shù)據(jù)進行比較，得出最后的數(shù)據(jù)。

3.2 較流速儀法優(yōu)勢明顯。在國內(nèi)近年來ADCP應(yīng)用的比較少，測流設(shè)備一直用的都是流速儀，因為流速儀造型小，重量輕，攜帶方便，適用與小河、渠道、徑流試驗站等等，用以測定過水斷面中預(yù)訂測點時段平均流速。通過布設(shè)測線、垂線測點數(shù)，根據(jù)水流條件來進行測流。流速儀和ADCP的基本原理是一樣的，都是通過測出垂直干線的流速、流量相加得出斷面流量，通過在橋測斷面多次采用ADCP測流與流速儀測流做比較，由于ADCP測流較快，流速儀較慢，在相差1個小時的時間內(nèi)得出的成果誤差在2.6之內(nèi)，在允許的誤差范圍內(nèi)。但ADCP不用布設(shè)測線、垂線點，計算相對簡單，其操作比流速儀更加方便、快捷。

3.3 過水量統(tǒng)計。在輸水期間，水文站在倒虹吸出口和下游第三店布設(shè)的兩個測流斷面，沒個斷面每天測流兩次，分別為早上8點、下午16點 。在計算累計過水量時，利用了早上8點、下午16點兩次測流數(shù)據(jù)相加、除2，得出平均數(shù)乘以8小時，單位按秒計算；將下午16點、 第二天早上8點的兩次測流數(shù)據(jù)相加、除2，得出平均數(shù)乘以16小時，單位同樣按秒計算。將計算出的兩次測流數(shù)據(jù)相加得出日累計過水量。

4. 測量成果

引黃濟津輸水工作于2010年10月24日正式開始，截止2011年4月11日輸水結(jié)束，輸水期170天。倒虹吸出口斷面累計過水量7.13億立方米，測流測次為278次；第三店斷面累計過水量6.69億立方米，測流測次為265次，報工作做到了無錯報、無漏報、無遲報。測流的有效數(shù)據(jù)，得到了兩省代表的認可。輸水測流任務(wù)的圓滿完成，ADCP在其中發(fā)揮了不可替代的重要作用。

5. 應(yīng)用中的局限性分析

5.1 采用ADCP測驗速度快、效率高，一般情況下要以來回2次測量的平均值作為最后的測量成果，但由于2次測量的線路不一定相同，并且不一定在要求的測驗斷面上，這就給要求嚴格的測驗資料統(tǒng)計帶來了麻煩。例如過水斷面面積、水面寬、最大水深和最大流速等水文要素的表示等。

5.2 ADCP的測驗成果與傳統(tǒng)測驗成果的銜接問題，生成的測流報告和大量數(shù)據(jù)仍然需要手工錄入各種記載表，一定程度上與其測流過程的高速高效不相匹配。

5.3 ADCP是聲學(xué)測驗設(shè)備，較多的泥沙顆粒將會削弱儀器聲波的發(fā)射和接收，所以測量成果受河流含沙量的影響較大。

6. 結(jié)語

隨著水文測報新技術(shù)的應(yīng)用，水文現(xiàn)代化新儀器新設(shè)備的更新和普及，水文服務(wù)領(lǐng)域的不斷拓展，新時期的水文工作對我們職工提出了新的、更高的要求。ADCP作為一種先進的流量測驗設(shè)備，其具有的優(yōu)勢，與現(xiàn)代水文的高標準、高精度、高效率的要求相適應(yīng)，我國自20 世紀90 年代初引進第一部ADCP以來，ADCP作為一種新的流量測驗手段已經(jīng)得到了較大范圍的應(yīng)用，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。