摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種高新技術(shù)儀器被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在河流、湖泊、海洋等的水體流量測(cè)驗(yàn)中，一項(xiàng)具有快速、經(jīng)濟(jì)、有效的高精度水文測(cè)流儀器，聲學(xué)多普勒流速剖面儀被廣泛引入。本文首先對(duì)聲學(xué)多普勒流速剖面儀進(jìn)行了概述，并此基礎(chǔ)上對(duì)聲學(xué)多普勒流速剖面儀在水文測(cè)驗(yàn)中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了探討，最后，總結(jié)了聲學(xué)多普勒流速剖面儀使用時(shí)的注意事項(xiàng)。

　　關(guān)鍵字：聲學(xué)多普勒流速剖面儀水文測(cè)驗(yàn)應(yīng)用研究

　　一、 ADCP的概述

　　ADCP全名為Acoustic Doppler Current Profiler，也就我們所說(shuō)的聲學(xué)多普勒流速剖面儀。ADCP使得水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)日趨成熟，并且為我國(guó)河流、湖泊提供了技術(shù)上的資料。自我國(guó)上世紀(jì)末，引進(jìn)第一部 ADCP 之后，ADCP在我國(guó)便作為一種全新的流量測(cè)驗(yàn)方法，并且已經(jīng)在水文測(cè)量中，得到了較廣泛的應(yīng)用。

　　(一)、基本原理

　　ADCP基于聲學(xué)多普勒原理：利用觀察者與聲源之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得觀察者觀察到的聲波頻率發(fā)生改變的一種現(xiàn)象�；�于聲學(xué)多普勒原理，使得ADCP能夠有效地利用聲波，并且通過(guò)ACDP與水流的相對(duì)位置來(lái)遙測(cè)水流的速度在具體應(yīng)用時(shí)，ADCP向水中發(fā)射固定頻率的聲波短脈沖，使得測(cè)量高精度、快速、高效。當(dāng)這些脈沖碰到水中的固定散射物，如浮游生物和泥沙等，就會(huì)發(fā)生發(fā)射。于是，ADCP就可以通過(guò)這些反射來(lái)得到回波信號(hào)，然后通過(guò)相應(yīng)的處理得到水流流速。

　　(二)、ADCP的分類

　　面對(duì)著不同地理環(huán)境的水文情況，為了提高水文測(cè)量的效率。于是，有效地將ADCP進(jìn)行分類是必不可少的。ADCP主要分為窄帶、和寬帶兩種類型。窄帶ADCP具有測(cè)量回波序列的相關(guān)系數(shù)及相位差，鏟除粗差、精確地計(jì)算流速的特點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是流速標(biāo)準(zhǔn)誤差小，空間和時(shí)間分辨率高。而寬帶ADCP由兩個(gè)或兩個(gè)以上的編碼脈沖波系列組成，具有脈沖延遲較短、不便的特點(diǎn)。

　　二、 ADCP在水文測(cè)驗(yàn)中的優(yōu)勢(shì)

　　ADCP給水文測(cè)量工作帶了諸多便捷、高效。并使得聲學(xué)多普勒流速剖面儀這項(xiàng)全新技術(shù)在水利行業(yè)的廣泛應(yīng)用。ADCP現(xiàn)已在長(zhǎng)江水文測(cè)驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用推廣，給予了長(zhǎng)江流域水文測(cè)量帶來(lái)了省時(shí)省力的優(yōu)點(diǎn)。ADCP將物理上的知識(shí)與研究與實(shí)際水文測(cè)量應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)總結(jié)，ADCP具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

　　(一)、ADCP運(yùn)用動(dòng)態(tài)的方法進(jìn)行水文測(cè)量

　　ADCP運(yùn)用動(dòng)態(tài)的方法進(jìn)行水文測(cè)量主要是區(qū)別于傳統(tǒng)流速儀的測(cè)量方法：靜態(tài)方法。也就是傳統(tǒng)流速儀是固定的。而ADCP測(cè)量時(shí)隨著測(cè)量船運(yùn)動(dòng)過(guò)程來(lái)進(jìn)行測(cè)量。與傳統(tǒng)的流速儀測(cè)量相比，ADCP并不像傳統(tǒng)流速儀那樣要求測(cè)流斷面垂直于河岸，測(cè)船航行的軌跡可以是斜線或者是曲線。ADCP所測(cè)得垂線、子斷面也可以很多，每條垂線上的測(cè)點(diǎn)也可以很多。

　　(二)、ADCP的可配有多種工作模式

　　一臺(tái)ADCP儀器可以配置多種模式，以便適應(yīng)于中國(guó)復(fù)雜多變的水流條件。它ADCP還擁有專門制定的標(biāo)準(zhǔn)模式，可以普遍適用于大多數(shù)的水文測(cè)量環(huán)境。高精度、高分辨率模式可以用于在淺水、低流速的水文情況的測(cè)量。安裝了多種配置模式的ADCP可以根據(jù)不同的水文環(huán)境保持自身受動(dòng)流場(chǎng)不擾、測(cè)驗(yàn)時(shí)間短、測(cè)速的范圍大等特點(diǎn)。

　　(三)、合理零盲區(qū)專利技術(shù)

　　ADCP結(jié)合了“零盲區(qū)”技術(shù)，應(yīng)用于1200khz ADCP。因此，1200khzADCP可以適用于更淺水深的河流和湖泊，可提高有效的測(cè)量精度，相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x在尺寸、重量、盲區(qū)都大大的減小。使得我國(guó)北方的河流水文測(cè)量，通過(guò)使用ADCP，監(jiān)測(cè)河道成為了可能，并且提高了測(cè)驗(yàn)的精度。

　　三、 ADCP使用時(shí)的注意事項(xiàng)及改進(jìn)

　　在實(shí)際運(yùn)用ADCP的過(guò)程中，還存在著許多的缺陷。如：ADCP由于其聲波 因其受含沙量、河床流沙和船體等影響較大，使得 ADCP 在一些水文測(cè)量的條件下，ADCP的使用受到了很大的制約。對(duì)于數(shù)據(jù)的選取，將哪些位置作為一次ADCP測(cè)驗(yàn)的最大流速 , 系統(tǒng)難以把握。對(duì)于測(cè)驗(yàn)水文環(huán)境的特征與傳統(tǒng)方式的測(cè)驗(yàn)資料結(jié)合與銜接問(wèn)題，目前還不能很好地把握。對(duì)此，對(duì)于ADCP使用時(shí)的注意事項(xiàng)及改進(jìn)策略是十分必要的。

　　(一)、ADCP使用時(shí)的注意事項(xiàng)

　　在ADCP的使用時(shí)，首先是安裝的問(wèn)題，如何合理的安裝必須參照ADCP技術(shù)安裝說(shuō)明而來(lái)，不能隨意改變ADCP的位置。其次，對(duì)于使用ADCP進(jìn)行水文的應(yīng)用測(cè)量，應(yīng)當(dāng)注意河床走沙、高含沙量、磁場(chǎng)影響等對(duì)于ADCP精確有影響的問(wèn)題。對(duì)于河床走沙，由于ADCP在應(yīng)用水文測(cè)量時(shí)，是假定河流底部固定不運(yùn)動(dòng)，當(dāng)當(dāng)發(fā)生河床走沙現(xiàn)象后，會(huì)致使ADCP其誤將河床泥沙的運(yùn)動(dòng)速度當(dāng)作水流速度的一部分而產(chǎn)生錯(cuò)誤。于是對(duì)于這一問(wèn)題，技術(shù)人員在測(cè)量前應(yīng)當(dāng)事先估測(cè)。對(duì)于高含沙量問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致ADCP在測(cè)量的過(guò)程中難以正確接收數(shù)據(jù)，于是，在使用ADCP的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體水文環(huán)境來(lái)更改ADCP的測(cè)量模式。而對(duì)于磁場(chǎng)影響這一問(wèn)題，使用ADCP時(shí)應(yīng)當(dāng)注意非鐵質(zhì)測(cè)船或外接羅經(jīng)的方法，加以解決這一問(wèn)題。

　　(二)、ADCP使用的改進(jìn)策略

　　1、使用多種數(shù)據(jù)抽取方法

　　ADCP盡管可以獲得比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，但對(duì)于ADCP測(cè)量的數(shù)據(jù)，不應(yīng)當(dāng)僅僅只是使用單一的 ADCP 測(cè)量數(shù)據(jù)。在實(shí)際的應(yīng)用中，由于太多的限定條件，會(huì)使得ADCP的測(cè)量存在許多的誤差因子。所以，對(duì)于ADCP技術(shù)的改良，應(yīng)當(dāng)使用多種抽取數(shù)據(jù)的方法，在多個(gè)特定位置獲得的瞬時(shí)流速數(shù)值作為該位置的流速。對(duì)于ADCP 實(shí)測(cè)最大流速，在符合水文測(cè)驗(yàn)的要求下 , 應(yīng)當(dāng)滿足通過(guò)平均計(jì)算的原則。

　　2、結(jié)合傳統(tǒng)水文測(cè)量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

　　ADCP 的應(yīng)用范圍大多仍然局限在工程測(cè)量方面，在現(xiàn)實(shí)的水文測(cè)量過(guò)程中，未能非常廣泛地將ADCP作為水文工作的基本測(cè)驗(yàn)手段 。傳統(tǒng)的水文測(cè)驗(yàn)方式，是一種非常經(jīng)典的流速 、 流量測(cè)驗(yàn)方法。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用ADCP時(shí)，由于ADCP擁有者一定的局限性，使得測(cè)驗(yàn)工作存在著許多的誤差。于是可以鑒于傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方式中的合理性，使ADCP結(jié)合傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方式，盡量在消除誤差影響的條件下，以獲取穩(wěn)定的真實(shí)水文流速。

　　四、 結(jié)束語(yǔ)

　　如今的水文測(cè)驗(yàn)研究中，ADCP水文測(cè)驗(yàn)一直是受我國(guó)研究人眼重視的一項(xiàng)工程。但是在實(shí)際水文測(cè)驗(yàn)中，還發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題的解決，我們引入多種數(shù)據(jù)抽取方法。并使得ADCP與傳統(tǒng)的水文測(cè)驗(yàn)相結(jié)合，使得我國(guó)ADCP在水文測(cè)驗(yàn)的推廣與應(yīng)用。

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