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摘要：ADCP技术是近年来应用较为广泛的一种流量测验技术，具有诸多的优点，对推动城市水文工作的开展具有重要的意义。本文通过介绍ADCP技术的基本原理及计算方法，重点阐述了ADCP技术流量测验的实际应用，并总结了该技术在应用过程中可能出现的问题，以供借鉴。
关键词：ADCP技术；计算方法；流量测验；存在问题
随着我国城市化进程的不断加快，城市水文工作的开展显得日益重要。河道流量测验作为水文工作的重要组成部分，其各种数据的获取对城市水资源的充分利用及防汛抗洪工作的开展具有重要作用。河道流量测验工作也逐渐成为人们及业界人士重点关注的焦点。目前，许多水文站在河道流量测验中采用流速仪法，但该种方法具有应用成本高、测量效率低和测量数据不准确等缺点，在发生大洪水及特殊水情的情况下无法为城市防汛抗洪工作提供科学的决策数据，影响到防汛抗洪相关工作的开展。而ADCP技术作为世界上最为先进的流量测验技术之一，具有测验历时短、效率高、精度高和资料完整丰富等优点，能够有效提高河道流量测验工作的技术含量，为城市水文工作的进一步开展提高了科学的指导意义。
1 ADCP基本原理
ADCP是一个包括由ADCP换能器、操作软件系统、计算机及连接设备等组成的系统，是一种利用声学换能器所发射的声脉冲在随水流运动的悬浮物质中所产生的多普勒频移进行应答，其特点是能够测量不同水层的三维流速和流向，即测出河流的流速剖面，具有测验历时短、精度高、资料完整丰富的特点，特别适合于流态复杂条件下的测验，具有极高的测验效率，大大提高了水文测验工作的技术含量和现代化水平。
2 流量计算方法
ADCP采用矢量差乘积和微断面的深度平均流速矢量来进行流量计算，其计算公式为：
2.1 中部平均流速和流量
中部平均流速由ADCP直接测出，其值为所有有效单元所测流速之平均，其公式为：
2.2 表层、底层平均流速和流量
2.3 岸边流量估算
对于岸边区域，ADCP不能测出其流速和流量，可以利用经验方法估算。岸边区域平均流速计算公式为：
3 比测分析
在此，选取2个水文测站进行介绍，分别为甲水文站、乙水文站。
3.1 甲水文站
甲水文站是电站出库站，测验断面距水库大坝1000m，河宽在100～120m，为卵石河床，正常水流状态下河床稳定，冲淤变化较小。通常情况下，除水库冲沙外，全年大部分时间水流含沙量较小或是清水水流。受水库调蓄变化的影响，水位变化频繁，日变幅较大，稳定时间短，这使流速仪测验的测次布设和测验控制很困难，也不能满足水情报汛需求，为此，2009年该站采用ADCP测流，并与传统的流速仪进行比测，经过比测分析，ADCP在该站取得了较好的效果。
（1）水深比测
将ADCP与缆道同步测深，取ADCP实测水深与缆道实测水深比较，共收集92个样本进行统计，比测分析成果见表1。
（2）垂线平均流速比测
将ADCP与缆道同步测速，取ADCP二个来回平均垂线流速值与流速仪法垂线平均流速比较，共收集了87个垂线平均流速比测样本，比测分析成果见表2。
（3）流量比测
2009年采用流速仪精测法测验，系统地将ADCP流量资料与流速仪法资料进行了对比分析。共收集了48个样本，全部参加相关线检验。由流速仪法实测流量与ADCP计算的断面平均流量进行对比，按照《水文资料整编规范》要求进行精度分析、3种检验，分析成果见表3，结果显示，系统误差达标，3种检验均通过。
ADCP在水文流量测验中，充分显示了该仪器的先进性，有着与常规流速仪无法比拟的优势。目前在水文流量测验中，已基本普及了ADCP测流技术，为掌握水电站防洪调度、合理开发利用水资源、流域的科学治理和规划提供了基础资料。
3.2 乙水文站
乙水文站为专用站，上下游都有在建的水电站，该站防洪战略位置十分重要，水文监测和报汛任务很重，直接关系到中下游防洪规划、河道泄洪能力分析以及洪水预报。乙站通常情况下采用流速仪测验，测速垂线14～17根，平均测流时间2h，测验精度和时效性都受到测验手段的限制，为此，于2010年配置了ADCP用于该站流量测验，在很短时间之内即可完成测流任务，而且在测验精度和时效性都得到提高。
在利用ADCP测验的数据在精度和准确度上都比较高，通过各种不同水位和涨落情况下的比测，与水深、垂线平均流速、断面流量、水位流量关系线对比分析，3种检验均通过，各项误差均在规范范围之内。施测流量比传统的流速仪历时约缩短1.5h，意味着实测流量可以提前1.5h报出。不但减轻了测站工作人员的工作强度，也提高了洪水测验的时效性，为下游洪水预报和防洪规划提前了预见期。
4 ADCP测流中需注意的几个问题
4.1 高含沙水流对ADCP流量测验的影响
对于大部分河流，高含沙量的影响可能使底跟踪和水深测量失效，因此对于高含沙量的河流，应选频率较低的ADCP，可是通常低频率系统分辨率较低，不适合较浅的河流，这时宽带ADCP比窄带ADCP有较大的优越性，例如600kHz，深浅河流均可使用。如果ADCP在高含沙量水流中不能正常进行底跟踪和水深测量，只有采用差分GPS测量船速，采用测深仪测量水深。
4.2 河底推移质运动
河底泥沙在高流速时会随水流迁移形成推移质运动，如果河床有推移质在运动，底跟踪测量的船速将会有偏差，为了消除或减小由推移质运动引起的偏差，可以采用GPS测量船速。
4.3 深度单元尺寸的选择
受深度单元尺寸影响的参数包括：①流速测量精度；②流速测量垂向分辨率；③剖面深度；④实测范围。单元尺寸小，流速垂线数据点多，流速测量精度降低。因此水深较大时，应采用较大的单元，然而，当水深较浅时，应尽量选择较小的單元，以增大实测范围，即增加垂向有效单元的数目。
4.4 ADCP操作注意事项
在使用ADCP时，应按照ADCP操作规范进行操作，保护好三体船、换能器、蓄电池等相关零件，接线连接时，特别注意蓄电池正负极不能接反。流量测验之前，用软件进行自检，直到检测通过，然后设置仪器参数，即可进行流量测验，至少测二个回合才能统计测验数据。
5 应用前景分析
随着科学技术的发展，ADCP技术也在不断地更新，在提高测验精度、效率的同时，降低了测验人员的劳动强度，但也有几个待解决的问题：
（1）采用ADCP测验速度快，效率高，一般情况下要测二个来回取其平均值作为最终测验成果，由于两次测量线路不一定相同，这就给要求严格的资料整编带来不便。
（2）ADCP生成的测验成果不能很好地应用于南方片水文资料整编系统，数据需要手工录入相应表格。
（3）由技术的限制，ADCP测流存在表层、底层、左右岸盲区，盲区部分流量由流量数学公式进行计算。
（4）ADCP是声学测验设备，含沙量较大会对测验精度有一定的影响，在应用上受到限制，在低含沙量的河流上进行测验比高含沙量的河流上测验精度高。
（5）ADCP换能器是封闭的，内部出现故障，非专业人员无从下手，自己不能检查维修，请专业人员维修，在时间上也对流量测验有影响。
6 结语
ADCP技术以其诸多的优点在城市水文工作中得到广泛的应用及推广，并为城乡防汛抗洪指挥部门提供了科学的决策依据，具有较好的应用前景。但ADCP技术在应用过程中仍存在一些问题，影响到流量测验数据的完整性。因此，水文工作者应在实践及探索中解决问题，不断完善ADCP技术，使其更好地应用于水文测验工作中。
参考文献：
[1]崔海滨，走航式ADCP在河流流量测验中的应用分析[J].黑龙江水利科技，2007.03
[2]陈伟忠.走航式ADCP流量测验应用初探[J].价值工程.2012.14
关键词：ADCP技术；计算方法；流量测验；存在问题
随着我国城市化进程的不断加快，城市水文工作的开展显得日益重要。河道流量测验作为水文工作的重要组成部分，其各种数据的获取对城市水资源的充分利用及防汛抗洪工作的开展具有重要作用。河道流量测验工作也逐渐成为人们及业界人士重点关注的焦点。目前，许多水文站在河道流量测验中采用流速仪法，但该种方法具有应用成本高、测量效率低和测量数据不准确等缺点，在发生大洪水及特殊水情的情况下无法为城市防汛抗洪工作提供科学的决策数据，影响到防汛抗洪相关工作的开展。而ADCP技术作为世界上最为先进的流量测验技术之一，具有测验历时短、效率高、精度高和资料完整丰富等优点，能够有效提高河道流量测验工作的技术含量，为城市水文工作的进一步开展提高了科学的指导意义。
1 ADCP基本原理
ADCP是一个包括由ADCP换能器、操作软件系统、计算机及连接设备等组成的系统，是一种利用声学换能器所发射的声脉冲在随水流运动的悬浮物质中所产生的多普勒频移进行应答，其特点是能够测量不同水层的三维流速和流向，即测出河流的流速剖面，具有测验历时短、精度高、资料完整丰富的特点，特别适合于流态复杂条件下的测验，具有极高的测验效率，大大提高了水文测验工作的技术含量和现代化水平。
2 流量计算方法
ADCP采用矢量差乘积和微断面的深度平均流速矢量来进行流量计算，其计算公式为：
2.1 中部平均流速和流量
中部平均流速由ADCP直接测出，其值为所有有效单元所测流速之平均，其公式为：
2.2 表层、底层平均流速和流量
2.3 岸边流量估算
对于岸边区域，ADCP不能测出其流速和流量，可以利用经验方法估算。岸边区域平均流速计算公式为：
3 比测分析
在此，选取2个水文测站进行介绍，分别为甲水文站、乙水文站。
3.1 甲水文站
甲水文站是电站出库站，测验断面距水库大坝1000m，河宽在100～120m，为卵石河床，正常水流状态下河床稳定，冲淤变化较小。通常情况下，除水库冲沙外，全年大部分时间水流含沙量较小或是清水水流。受水库调蓄变化的影响，水位变化频繁，日变幅较大，稳定时间短，这使流速仪测验的测次布设和测验控制很困难，也不能满足水情报汛需求，为此，2009年该站采用ADCP测流，并与传统的流速仪进行比测，经过比测分析，ADCP在该站取得了较好的效果。
（1）水深比测
将ADCP与缆道同步测深，取ADCP实测水深与缆道实测水深比较，共收集92个样本进行统计，比测分析成果见表1。
（2）垂线平均流速比测
将ADCP与缆道同步测速，取ADCP二个来回平均垂线流速值与流速仪法垂线平均流速比较，共收集了87个垂线平均流速比测样本，比测分析成果见表2。
（3）流量比测
2009年采用流速仪精测法测验，系统地将ADCP流量资料与流速仪法资料进行了对比分析。共收集了48个样本，全部参加相关线检验。由流速仪法实测流量与ADCP计算的断面平均流量进行对比，按照《水文资料整编规范》要求进行精度分析、3种检验，分析成果见表3，结果显示，系统误差达标，3种检验均通过。
ADCP在水文流量测验中，充分显示了该仪器的先进性，有着与常规流速仪无法比拟的优势。目前在水文流量测验中，已基本普及了ADCP测流技术，为掌握水电站防洪调度、合理开发利用水资源、流域的科学治理和规划提供了基础资料。
3.2 乙水文站
乙水文站为专用站，上下游都有在建的水电站，该站防洪战略位置十分重要，水文监测和报汛任务很重，直接关系到中下游防洪规划、河道泄洪能力分析以及洪水预报。乙站通常情况下采用流速仪测验，测速垂线14～17根，平均测流时间2h，测验精度和时效性都受到测验手段的限制，为此，于2010年配置了ADCP用于该站流量测验，在很短时间之内即可完成测流任务，而且在测验精度和时效性都得到提高。
在利用ADCP测验的数据在精度和准确度上都比较高，通过各种不同水位和涨落情况下的比测，与水深、垂线平均流速、断面流量、水位流量关系线对比分析，3种检验均通过，各项误差均在规范范围之内。施测流量比传统的流速仪历时约缩短1.5h，意味着实测流量可以提前1.5h报出。不但减轻了测站工作人员的工作强度，也提高了洪水测验的时效性，为下游洪水预报和防洪规划提前了预见期。
4 ADCP测流中需注意的几个问题
4.1 高含沙水流对ADCP流量测验的影响
对于大部分河流，高含沙量的影响可能使底跟踪和水深测量失效，因此对于高含沙量的河流，应选频率较低的ADCP，可是通常低频率系统分辨率较低，不适合较浅的河流，这时宽带ADCP比窄带ADCP有较大的优越性，例如600kHz，深浅河流均可使用。如果ADCP在高含沙量水流中不能正常进行底跟踪和水深测量，只有采用差分GPS测量船速，采用测深仪测量水深。
4.2 河底推移质运动
河底泥沙在高流速时会随水流迁移形成推移质运动，如果河床有推移质在运动，底跟踪测量的船速将会有偏差，为了消除或减小由推移质运动引起的偏差，可以采用GPS测量船速。
4.3 深度单元尺寸的选择
受深度单元尺寸影响的参数包括：①流速测量精度；②流速测量垂向分辨率；③剖面深度；④实测范围。单元尺寸小，流速垂线数据点多，流速测量精度降低。因此水深较大时，应采用较大的单元，然而，当水深较浅时，应尽量选择较小的單元，以增大实测范围，即增加垂向有效单元的数目。
4.4 ADCP操作注意事项
在使用ADCP时，应按照ADCP操作规范进行操作，保护好三体船、换能器、蓄电池等相关零件，接线连接时，特别注意蓄电池正负极不能接反。流量测验之前，用软件进行自检，直到检测通过，然后设置仪器参数，即可进行流量测验，至少测二个回合才能统计测验数据。
5 应用前景分析
随着科学技术的发展，ADCP技术也在不断地更新，在提高测验精度、效率的同时，降低了测验人员的劳动强度，但也有几个待解决的问题：
（1）采用ADCP测验速度快，效率高，一般情况下要测二个来回取其平均值作为最终测验成果，由于两次测量线路不一定相同，这就给要求严格的资料整编带来不便。
（2）ADCP生成的测验成果不能很好地应用于南方片水文资料整编系统，数据需要手工录入相应表格。
（3）由技术的限制，ADCP测流存在表层、底层、左右岸盲区，盲区部分流量由流量数学公式进行计算。
（4）ADCP是声学测验设备，含沙量较大会对测验精度有一定的影响，在应用上受到限制，在低含沙量的河流上进行测验比高含沙量的河流上测验精度高。
（5）ADCP换能器是封闭的，内部出现故障，非专业人员无从下手，自己不能检查维修，请专业人员维修，在时间上也对流量测验有影响。
6 结语
ADCP技术以其诸多的优点在城市水文工作中得到广泛的应用及推广，并为城乡防汛抗洪指挥部门提供了科学的决策依据，具有较好的应用前景。但ADCP技术在应用过程中仍存在一些问题，影响到流量测验数据的完整性。因此，水文工作者应在实践及探索中解决问题，不断完善ADCP技术，使其更好地应用于水文测验工作中。
参考文献：
[1]崔海滨，走航式ADCP在河流流量测验中的应用分析[J].黑龙江水利科技，2007.03
[2]陈伟忠.走航式ADCP流量测验应用初探[J].价值工程.2012.14