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作者简介:王立国（1970-），男，吉林长春人，高级工程师，现从事水文测验工作。
摘 要: 随着时代的发展，水文仪器已进入高科技时代，ADCP即多普勒流速剖面仪是目前测量江河流量的最高端产品，但任何仪器设备都不是万能的，对于操作者来说将提出更高的要求。本文通过与流速仪法对比分析，总结出了利用两种不同的方法所存在的差异，对于同行业使用ADCP测流具有一定的参考价值。
关键词:ADCP 流速仪 对比分析
中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号1674-098X(2011)10(b)-0000-00
1情况简介
松花江（六）站是松花江控制站，也是国家重要水文站。该站位于吉林省德惠市松花江镇，设立于1923年1月，最初站名为松花江铁桥；1933年11月更改站名为松花江； 1966年6月经过几次迁移，最后为目前的松花江（六）水文站，集水面积51500km2。畅流期采用牵船索人工摆舵船上测流。
该站ADCP于2008年就已经配置到位，近几年来一直在进行对比及操作训练，目前该站人员已经能够对ADCP进行熟练操作和使用，对比数据经计算分析合理可靠，具备投入使用的条件。
ADCP是利用多普勒效应原理进行流速测量。ADCP因其原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。
与传统的人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量的基本原理一样：在测流断面上布设多条垂线,在每条垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速,但ADCP所测的垂线可以很多，每条垂线上的测点也很多。
2对比分析的目的
通过对比ADCP测流与常规流速仪测流数据，分析之间存在差异的原因，可以尽量减少由于操作不当产生的误差，以便ADCP在本站更好地投入应用。同时还可以解决本站由于偏角测量引起的流量改正等一系列问题。
3对比时间及方式
本次对比共分为冰期和畅流期两个阶段，冰期采用定点测量的方式，畅流期采取走航的方式。2008年汛期ADCP在松花江站进行了试运行，当年年末针对冰期松花江流量上下游不合理进行了定点测量，同流速仪进行了对比分析。2009年畅流期，又进行了5次对比分析，测时水位分别为：90.06m、89.88m、89.36m、89.84m、89.40m。流速仪测流采用30公斤铅鱼悬吊流速仪，测深采用铅鱼悬索测深，起点距定位采用读距索。
4仪器类型
松花江站配备的ADCP为美国RAI公司生产骏马系列1200khz四波速声学多普勒流速剖面仪，流速仪选用重庆产LS68型流速仪，仪器公式为V=0.6713n+0.0035。
5测流对比分析
5.1冰期对比分析结果
2009年1月14日和2月28日分别进行了2次冰期ADCP对比分析，见表5.1，通过对比分析，ADCP四次测流结果算术平均为350m3/s，单次相对偏差均小于5%，测流结果符合要求。流速仪第1次在不加偏角改正的情况下2次流量平均为326 m3/s，进行偏角改正后平均流量为261 m3/s，由以上两组数据说明，冰期测流在不加偏角校正的情况下与ADCP测流结果偏差较小，相对偏差为4.17%，而通过偏角修正，相对偏差较大达到34.2%。由此可见，冰期测验使用流速仪在数据处理时不加偏角修正数据较为合理。
5.2畅流期对比分析结果
2009年畅流期间共计对比分析了5次，分别为全年流量测次的17次、19次、22次、33次和34次，ADCP对比分析10次。第一次流速仪测流结果为531m3/s（采用ADCP测流时水位上涨了0.02m，通过水位流量关系线查得90.08m时流量为540 m3/s），ADCP测流2次平均为562 m3/s，相对偏差为4.07%；第二次流速仪测流结果为465m3/s，ADCP测流2次平均为459 m3/s，相对偏差为3.76%；第三次流速仪测流结果为287m3/s，ADCP测流为290 m3/s（结果有一次偏差较大，未做2次平均），相对偏差为1.05%；第四次流速仪测流结果为443m3/s，ADCP测流2次平均为452 m3/s，相对偏差为1.92%；第五次流速仪测流结果为296m3/s，ADCP测流2次平均为306 m3/s，相对偏差为3.38%。
5.3畅流期对比相关性分析
通过对以上5次流量对比所得数据分析，ADCP与流速仪测流相关性较好，相关系数为1.0081。5次流量相对偏差均小于5%，平均偏差为2.84%。
5.4误差分析
从对比数据结果分析，采用ADCP测流较流速仪略有偏大，其主要原因是由于受到流速仪测流布设垂线的局限性，不可避免的会产生断面切割现象，使得所测的面积偏小，而采用走航式ADCP测流则避免了面积所产生的误差，因此ADCP测流较流速仪测流结果偏大是合理的。
6结论及建议
通过冰期及畅流期流量对比分析，冰期在不加偏角改正的情况下，流量相差较小，相对偏差为4.17%，畅流期平均相对偏差为2.84%，单次最大偏差均在5%以内。因此通过对比分析，ADCP与流速仪测流偏差较小，二者之间误差均小于10％，符合水文测验规范的要求。ADCP投入使用的条件已经成熟。但在使用的过程中，应该注意以下问题：
6.1应熟练掌握ADCP参数配置以及换能器吃水深、岸边距等变量设置，否则对流量影响较大。
6.2作业船航速是影响流量测量精度的重要因素，且可以由测量者控制。航速越低，流量测量误差越小，一般航速可以控制在0.5～1.0 m/s之间。河面越宽、河流流速越大、系统频率越高、系统发射速率越快，其流量的测量误差就越小。
6.3除此之外，由于采用ADCP测流无法布设测沙垂线，因此建议悬移质输沙率测验采用全断面混合法。
6.4ADCP在冰期由于定点测流无法使用无线方式，操作较为不便，因此建议仍然使用流速仪测流，且计算时不加偏角改正。
6.5在测流前，进行接线安装时，一定要严格按照规定进行连接，特别是蓄电池的正负极不要接错，否则将会烧毁有关电器元件。
6.6每次插ADCP上的插头时，要抹一点硅脂，硅脂不能太多，也不能太少，插好ADCP上的插头后，要锁好锁圈，而在拔下插头前，一定要先松开锁圈。
6.7拆装时，一定要给换能器戴好保护帽，换能器也不能承受强烈震动和敲击，换能器表面要注意保护，不能划伤。
摘 要: 随着时代的发展，水文仪器已进入高科技时代，ADCP即多普勒流速剖面仪是目前测量江河流量的最高端产品，但任何仪器设备都不是万能的，对于操作者来说将提出更高的要求。本文通过与流速仪法对比分析，总结出了利用两种不同的方法所存在的差异，对于同行业使用ADCP测流具有一定的参考价值。
关键词:ADCP 流速仪 对比分析
中图分类号：P33 文献标识码：A 文章编号1674-098X(2011)10(b)-0000-00
1情况简介
松花江（六）站是松花江控制站，也是国家重要水文站。该站位于吉林省德惠市松花江镇，设立于1923年1月，最初站名为松花江铁桥；1933年11月更改站名为松花江； 1966年6月经过几次迁移，最后为目前的松花江（六）水文站，集水面积51500km2。畅流期采用牵船索人工摆舵船上测流。
该站ADCP于2008年就已经配置到位，近几年来一直在进行对比及操作训练，目前该站人员已经能够对ADCP进行熟练操作和使用，对比数据经计算分析合理可靠，具备投入使用的条件。
ADCP是利用多普勒效应原理进行流速测量。ADCP因其原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。
与传统的人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量的基本原理一样：在测流断面上布设多条垂线,在每条垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速,但ADCP所测的垂线可以很多，每条垂线上的测点也很多。
2对比分析的目的
通过对比ADCP测流与常规流速仪测流数据，分析之间存在差异的原因，可以尽量减少由于操作不当产生的误差，以便ADCP在本站更好地投入应用。同时还可以解决本站由于偏角测量引起的流量改正等一系列问题。
3对比时间及方式
本次对比共分为冰期和畅流期两个阶段，冰期采用定点测量的方式，畅流期采取走航的方式。2008年汛期ADCP在松花江站进行了试运行，当年年末针对冰期松花江流量上下游不合理进行了定点测量，同流速仪进行了对比分析。2009年畅流期，又进行了5次对比分析，测时水位分别为：90.06m、89.88m、89.36m、89.84m、89.40m。流速仪测流采用30公斤铅鱼悬吊流速仪，测深采用铅鱼悬索测深，起点距定位采用读距索。
4仪器类型
松花江站配备的ADCP为美国RAI公司生产骏马系列1200khz四波速声学多普勒流速剖面仪，流速仪选用重庆产LS68型流速仪，仪器公式为V=0.6713n+0.0035。
5测流对比分析
5.1冰期对比分析结果
2009年1月14日和2月28日分别进行了2次冰期ADCP对比分析，见表5.1，通过对比分析，ADCP四次测流结果算术平均为350m3/s，单次相对偏差均小于5%，测流结果符合要求。流速仪第1次在不加偏角改正的情况下2次流量平均为326 m3/s，进行偏角改正后平均流量为261 m3/s，由以上两组数据说明，冰期测流在不加偏角校正的情况下与ADCP测流结果偏差较小，相对偏差为4.17%，而通过偏角修正，相对偏差较大达到34.2%。由此可见，冰期测验使用流速仪在数据处理时不加偏角修正数据较为合理。
5.2畅流期对比分析结果
2009年畅流期间共计对比分析了5次，分别为全年流量测次的17次、19次、22次、33次和34次，ADCP对比分析10次。第一次流速仪测流结果为531m3/s（采用ADCP测流时水位上涨了0.02m，通过水位流量关系线查得90.08m时流量为540 m3/s），ADCP测流2次平均为562 m3/s，相对偏差为4.07%；第二次流速仪测流结果为465m3/s，ADCP测流2次平均为459 m3/s，相对偏差为3.76%；第三次流速仪测流结果为287m3/s，ADCP测流为290 m3/s（结果有一次偏差较大，未做2次平均），相对偏差为1.05%；第四次流速仪测流结果为443m3/s，ADCP测流2次平均为452 m3/s，相对偏差为1.92%；第五次流速仪测流结果为296m3/s，ADCP测流2次平均为306 m3/s，相对偏差为3.38%。
5.3畅流期对比相关性分析
通过对以上5次流量对比所得数据分析，ADCP与流速仪测流相关性较好，相关系数为1.0081。5次流量相对偏差均小于5%，平均偏差为2.84%。
5.4误差分析
从对比数据结果分析，采用ADCP测流较流速仪略有偏大，其主要原因是由于受到流速仪测流布设垂线的局限性，不可避免的会产生断面切割现象，使得所测的面积偏小，而采用走航式ADCP测流则避免了面积所产生的误差，因此ADCP测流较流速仪测流结果偏大是合理的。
6结论及建议
通过冰期及畅流期流量对比分析，冰期在不加偏角改正的情况下，流量相差较小，相对偏差为4.17%，畅流期平均相对偏差为2.84%，单次最大偏差均在5%以内。因此通过对比分析，ADCP与流速仪测流偏差较小，二者之间误差均小于10％，符合水文测验规范的要求。ADCP投入使用的条件已经成熟。但在使用的过程中，应该注意以下问题：
6.1应熟练掌握ADCP参数配置以及换能器吃水深、岸边距等变量设置，否则对流量影响较大。
6.2作业船航速是影响流量测量精度的重要因素，且可以由测量者控制。航速越低，流量测量误差越小，一般航速可以控制在0.5～1.0 m/s之间。河面越宽、河流流速越大、系统频率越高、系统发射速率越快，其流量的测量误差就越小。
6.3除此之外，由于采用ADCP测流无法布设测沙垂线，因此建议悬移质输沙率测验采用全断面混合法。
6.4ADCP在冰期由于定点测流无法使用无线方式，操作较为不便，因此建议仍然使用流速仪测流，且计算时不加偏角改正。
6.5在测流前，进行接线安装时，一定要严格按照规定进行连接，特别是蓄电池的正负极不要接错，否则将会烧毁有关电器元件。
6.6每次插ADCP上的插头时，要抹一点硅脂，硅脂不能太多，也不能太少，插好ADCP上的插头后，要锁好锁圈，而在拔下插头前，一定要先松开锁圈。
6.7拆装时，一定要给换能器戴好保护帽，换能器也不能承受强烈震动和敲击，换能器表面要注意保护，不能划伤。