霍中元

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 洪澤223126)

三河閘推算流量是用實(shí)測流量與相應(yīng)水位的資料建立水位流量關(guān)系，然后用連續(xù)的水位觀測資料通過這個關(guān)系推算流量的變化過程和特征值。流量測驗(yàn)的次數(shù)及在高低水位間的測次分配，要滿足確定水位流量關(guān)系的需要。2004年三河閘水文站引進(jìn)了1 臺走航式ADCP，只要從河流某斷面一側(cè)行至另一側(cè)，就能在短時間內(nèi)精確測定出河道流量，比傳統(tǒng)的流速儀等方法提高效率幾十倍。

1 ADCP 的工作基本原理

ADCP 主要由ADCP 換能器、操作軟件系統(tǒng)、計算機(jī)及連接設(shè)備等3個主要部分組成。它是利用聲學(xué)多普勒效應(yīng)和流速、多普勒頻移與聲速成正比的原理，通過儀器的換能器向流體中發(fā)射一定頻率的超聲波短脈沖，再測量隨流體運(yùn)動的懸浮粒子所反射聲波的多普勒頻移來確定被測流體的速度。至于所測斷面的流量，則是通過相關(guān)軟件采用流速面積法同步計算而求得的［1］。

2 ADCP 流量測驗(yàn)的特點(diǎn)

2.1 較傳統(tǒng)流速儀測量的優(yōu)點(diǎn)

1)任意路徑:走航ADCP 測量的流量船只可以任意曲線穿越河流，而不必像流速儀在固定的測流斷面上以固定的測速垂線施測流速。

2)快速、經(jīng)濟(jì):ADCP 以任意路徑橫渡河流后，立即給出河流流量;而流速儀測流則很慢，且人工數(shù)記信號與計算很容易出錯。

3)精確可靠:一般河流的水流都不是穩(wěn)定流，尤其是感潮河流、受區(qū)間來水影響或變動回水影響的河流，流速儀法測流必然起點(diǎn)與終點(diǎn)時距很大，水情在這段時距內(nèi)可能已發(fā)生很大的變化，因此測得的流量是不太精確的。而ADCP 因?yàn)闀r距短，其流量值更可靠。

4)準(zhǔn)確度高:ADCP 所測流速是三維的，而流速儀法所測流速是絕對值，沒有方向。ADCP 測流時可將水柱分成若干層(最多可達(dá)128 層)，每一層即相當(dāng)于1個流速儀測點(diǎn)，每一組脈沖即相當(dāng)于1 根測速垂線，其精度是流速儀無法比擬的，因此，ADCP 所測流量的準(zhǔn)確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流速儀法［2］。

5)ADCP 測流系統(tǒng)安裝及軟件操作都十分簡便。

6)ADCP 測流系統(tǒng)適應(yīng)性較好，可靠性較高，故障率較低。

2.2 ADCP 測流系統(tǒng)的局限性

1)ADCP 測流系統(tǒng)本身的局限性:諸如流速量程、流速剖面深度量程、水溫限制、傾斜度限制、水中散射體限制、分層數(shù)限制等。

2)被測水體的干擾:諸如風(fēng)浪過大、水中散射體太少或懸浮物太多，ADCP 都無法適應(yīng)。

3)“活動河底”的影響:在這種情況下，底跟蹤測得的船速發(fā)生錯誤，導(dǎo)致水流速度相應(yīng)出錯。

4)河底沉積物較厚的情況下可能丟失底跟蹤信號。

5)對測船的要求:①速度方面，若河床深度陡變，則測船應(yīng)慢慢地通過該區(qū)域，越慢越好，宜船速≤最大流速，另外，尤其要注意不能突然加速，以確保底跟蹤有效地鎖定河底深度;②最好選用木船，因?yàn)殍F船對流向有一定的影響［3］。

6)過往船只對表層流的影響可能導(dǎo)致流量值不太準(zhǔn)確，施測斷面流量最好選擇在過往船只的間隙期，且應(yīng)偶數(shù)次測量取平均值作為結(jié)果。

7)ADCP 安裝位置要合適:①保證儀器探頭工作過程中不出水;②不要安裝在船頭或船尾產(chǎn)生大量氣泡的地方;③盡量遠(yuǎn)離噪聲源。

8)ADCP 一般不可當(dāng)作普通的測深儀使用。

3 應(yīng) 用

我國最大水閘之一的三河閘，是淮河流域的老虎頭工程，是淮河入江的咽喉，它的洪水調(diào)度影響整個淮河流域的防汛防旱工作。如果提供的流量資料偏大，將會影響整個淮河流域的洪水調(diào)度，甚至影響洪澤湖大堤的安全。如果提供的流量偏小，勢必延長三河閘行洪歷時，造成洪澤湖蓄水不足，影響灌溉和工農(nóng)業(yè)用水。傳統(tǒng)測流方法測流歷時過長，不能及時提供準(zhǔn)確的流量數(shù)據(jù)，此外流量代表性也隨之降低，甚至漏測洪峰等特征值，從而影響整個流域的防汛抗旱和水資源管理等工作［4］。因此2004年三河閘水文站引進(jìn)了1 臺走航式ADCP。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證ADCP 測驗(yàn)流量的精度，用流速儀精測法進(jìn)行了同步測驗(yàn)，結(jié)果表明ADCP 測驗(yàn)結(jié)果與流速儀精測法結(jié)果吻合較好，不存在系統(tǒng)誤差，ADCP 測驗(yàn)精度完全達(dá)到流速儀精測法的精度要求，符合有關(guān)規(guī)范的要求，ADCP 與流速儀精測法比測結(jié)果統(tǒng)計表見表1。

表1 ADCP 與流速儀精測法比測結(jié)果統(tǒng)計表

結(jié)果說明:采用ADCP 進(jìn)行流量測驗(yàn)，不但具有準(zhǔn)確快速的優(yōu)勢，而且降低了勞動輕度，大大提高了工作效率。

［1］田淳，劉少華. 聲學(xué)多普勒測流原理及其應(yīng)用［M］. 鄭州:黃河水利出版社，2003.

［2］鄭念發(fā)，鄒曉天，高宇峰，等. 聲學(xué)多普勒流速剖面儀在水文站中的應(yīng)用［J］. 東北水利水電，2010(02):22 －23.

［3］水利部長江水利委員會水文局.GB50179—93 河流流量測驗(yàn)規(guī)范［S］. 北京:中國計劃出版社，1994.

［4］中華人民共和國水利部.SL337—2006 聲學(xué)多普勒流量測驗(yàn)規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，2006.