1 引言
声学多普勒测流技术的发明被认为是流量监测领域的一次革命，这些仪器是近年来国际上流行的一种新型测流仪器。根据工作原理，译为声学多普勒流速剖面仪(丛。ustic一声学、必ppler一多普勒、二叮ent一流速进mfiler一剖面仪，)简称ADCP。据统计，当前在国内ADCP正处于推广普及阶段。仅全国水文行业就配有百多台，通过和传统的方式比较运用，正愈加展示出强大的生命力和良好的发展前景。为进行的尝试，河南省水文系统也积极地投入到引进和应用该仪器的工作之中，经充分的调查研究，在淮河流域的淮滨和班台站率先引进和使用ADCP，对流量测验的精度和时效都有显著的提高。
2声学多普勒原理
ADCP的流速传感器一般由四个换能器组成。换能器与传感器轴线成一定夹角，每个换能器既是发射器又是接收器。换能器发射某一固定频率的声波，然后接收被水体中颗粒物反射回来的声波。假定颗粒物的运动速度与水体流速相同。当颗粒物的运动方向是朝向换能器时，换能器接收到的回波频率比发射波频率高。当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器接收到的回波频率比发射波频率低。这种颗粒物的运动引起频率的改变称为声学多普勒频移。
3 ADCP的基本工作特点
ADCP的工作特点是能够直接测出流量断面的流速剖面和流量，测量时不扰动流场成分，测验过程耗时少，测速适应范围大，测值精度高，安装使用方便等。ADCP在走航测量中采集如下数据:相对流速(由“水跟踪，恻出)，船速(由“底跟踪”测出，或由GPS算出)，水深(由河底回波强度测出，类似于回声测深仪)，船的航行轨迹(由船速和计时数据算出，或由GPS算出)。ADCP走航测量如图1所示。
4ADCP与传统方法的相同点和不同点
4.1相同点
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，都是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。
4.2不同点
a.传统流速仪法是静态方法，流速仪固定于水中不同深度逐点施测。而ADCP方法是动态方法，其在随测船移动过程中持续发射脉冲波进行测量。
b.传统测量法中的“垂线”的条数有限，一般一个河流断面只设多条垂线，而每条垂线一般测出1~5个不同深度点上的流速。但ADcP在移动过程中所测的垂线可以是非常多的条数。在每条“垂线”上根据设置不同厚度的深度单元，相应测到几十个甚至上百个不同深度点的流速值(起到若干台传统流速仪的作用)。通过软件将各个深度单元的流速数据组合成流速断面，进而计算处理得出测流断面的过水流量。
c.传统方法的测流断面通常要求垂直于河岸，而用ADCP方法则无任何限制。船只航行的轨迹可以是随机的斜线或曲线，加大了工作避让的机动性和灵活程度
d.传统测量法中的流速仪要求入水平}:, i}汁风浪和循序渐进施测。ADCP则利用罗盘提供的方向、倾斜计提供的纵摇和横摇数据，将ADCP坐标( X-Y-Z)下的流速分量转换成地球坐标下的流速分量一东向、北向和垂向分量，在较大风浪环境下，不受船只航行前进后退及左右晃动的影响而稳定作业。简化了测流操作的复杂程序，确保了数据精度的可靠性和施测工作的连续性。
e.传统测量法中的测量水深受仪器设备条件制约，最大量程有限。而ADCP方法测量剖面深度范围可达180米，其适用范围更加广泛。
5河南省水文系统ADCP配t及使用状况
根据境内天然河道的宽浅性、含沙量及水流态等特征，我省水文系统于2003年底购置了两台由美国RDI公司生产的“瑞江”1200kHz型四波束换能器的走航式ADCP，分别配置在国家级重要站淮滨和班台水文站。并于2004年又购置两台分别配置在国家级重要站深河和周口水文站。该仪器由于采用了RDI公司的宽带信号处理专利技术和“零盲区”技术，具有标准工作模式和浅水低流速的高精度工作模式的优点，在保证精度的前提下，测量剖面深度范围大，从0.3米至20米。提高了流速测量的空间和时间分辨率。对较高含沙量河流适用性较好。
5.1淮滨水文站现状及配} ADCP仪器的迫切性
淮滨水文站站址位于淮河北岸淮滨县城关镇，承担向国家防总、省市及流域机构的水情拍报、预报任务，1951年设立，控制流域面积16005平方公里，属国家级重要水文站。上游主要支流有师河、竹竿河、小演河、演河等。在淮滨站下游15公里左右，有较大支流洪河和白露河汇入。实测最大流量16600m3/s，最大水深16.2m，最大流速2.37m/s o是豫皖分界的控制站。由于淮滨站地处淮河干流豫皖两省交界处，其防汛测报工作对下游安徽蒙洼滞洪区的蓄泄调度有着至关重要的作用。尽快配制先进、快速、高效的测流设备，彻底改变落后的方式和手段，减轻一线职工的劳动强度己成为当务之急，为能够提供及时准确的流量实测资料，2003年配置了走航式ADCP。现场测流情况如图2所示，ADCP实测流量界面如图3所示。
5.2淮滨水文站的比测情况
经淮滨站一年多的施测使用以及和缆道流速仪法比较，ADCP有几大优点:
a.省时高效。
如宽217米的测流断面往返施测仅用12分钟，而缆道单程施测近60min~70min(断面越宽、流速越大，ADCP时效越显著)。由于测流耗时少，能够有效避免洪水涨落率大时对流量结果的影响。
b.省力安全。
驾船、操作电脑、观测仪器的3人各司其职，工作环境稳定，秩序井然。
c.精度较高。
通过30余次的同步测试，ADCP值与流速仪值比较两者相差均在5%范围以内(不同的水位级比测值)，水位平稳时的中低水效果最好，特别是仪器往返测的结果闭和差很小。表1中列出了2004年8月9日淮滨站ADCP与流速仪对比测流的结果，可以看出流速仪测出流量为1020msls，ADCP测出流量为996衬ls，ADcP自测的变差系数仅为1.0%，与流速仪法相比也仅相差2.3%，满足防汛工作和水文资料收集的需要。
d.整个系统安装简捷，使用可靠。
采用软(硬)性连接方式，数据有线传输，12V汽车蓄电池供电，耗能量少，工作时间长，故障率低。
e.机动性强。
走航式ADCP不仅可以兼顾本站的几个测流断面，而且还可以巡测其它相邻站断面。如2004年汛期淮滨站的ADcP测船就沿河而上及时支援相距60公里的蒋集水文站抢测洪峰。
6应注意的问题
a.正确设置ADCP参数。在已知河段测量时，对应用程序中的“配置向导”菜单应按实际情况设置河床类型、边岸估算、水层厚度、水层个数、测流模式等测量参数。在未知河段测量时，应先预测一次，根据河床深度、形状及流速大小决定测量参数，一旦确定，在河段水文特征变化不大时不要随意改动参数值。
b.船速越均匀精度越高。一般要求船的平均速度应小于流速。尤其在中低水流速小时，司机要控制油门匀速行驶，避免船的惯性而造成速度忽快忽慢，使船速剖面图呈锯齿状，形成ADCP的测流盲区。
c.正确设置并保持仪器水下的埋深。在实践中得出，对于硬性连接方式，由于玻璃钢船体的大幅度晃动和不同测次时随意变换仪器埋深而形成的仪器露出水面或深度较大变化，致使0.1米的埋深差别可造成ADCP次间较大的测流结果变化，应特别注意。解决的最佳方式是采用软性连接。2004年下半年淮滨站在改用了黄委提供的三体船(河猫)软性连接后，较好地解决了因船体小、重量轻和人为走动引起的颠簸晃动，以及埋深参数设置不定等对ADCP正常使用的影响，同时还避免了仪器受河床物体碰撞的问题。
d.严格按照操作规程管护仪器。应牢记ADCP操作维护保养注意事项，将ADCP仪器单独存放，由专人负责保管，制订专项规章制度，并及时检测ADCP、电瓶、电脑笔记本、船只等，使系统始终处于良好状态。
e.由于ADCP目前在国内正处于逐步推广应用阶段，与其配套的测流规范还未制订出台，暂套用美国标准。应注意和流速仪法比测分析结果.在结合流量资料整编时，对未能明确反映的一些特征值(如最大点流速、断面积等)，应进行分析处理使用。
本文作者：赵新智
