ADCP测流
ADCP流速测量技术在水文测量中的应用与分析
ADCP流速测量技术在水文测量中的应用与分析水文测量是旨在了解水体运动和变化状况的科学技术。
而流速的测量是水文测量中至关重要的一环。
在过去的几十年中，各种方法被用于测量水体流速，其中ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）流速测量技术被广泛应用，成为水文测量领域中的重要工具。
ADCP是一种利用多普勒效应原理测量水流速的设备。
它通过发送一束高频声波进入水体，当声波遇到水流时，声波的频率会发生变化。
通过测量这种频率的变化，我们可以准确地计算出水体流速。
这种技术不仅可以测量水体表面的流速，还可以深入到水体的底部，提供更全面的水文数据。
ADCP流速测量技术在水文测量领域中的应用广泛且多样化。
首先，ADCP可以用于测量河流、湖泊和海洋等各种水体的流速和流向。
通过安装ADCP设备在水体中的固定位置，我们可以实时地获取水体不同深度处的流速数据，从而帮助我们了解水体的流动情况及其变化规律。
这对于水资源的管理和保护至关重要。
其次，ADCP流速测量技术还可以应用于水文模型的建立和验证。
通过收集ADCP测量数据，我们可以获得具有时空分辨率的水体流速信息。
这些数据可以用于建立水文模型，模拟和预测水文过程，比如水位变化、洪水预警等。
同时，通过与模型结果进行对比和验证，我们可以不断改进和优化模型，提高水文模拟的准确性。
此外，ADCP流速测量技术还可以用于沉积物运动的研究。
沉积物是河流、湖泊和海洋中的重要组成部分，其运动对于水体环境和生态系统具有重要影响。
通过测量水体流速和沉积物浓度的变化，我们可以了解沉积物的输移和分布规律，从而为河流治理和生态修复提供科学依据。
尽管ADCP流速测量技术在水文测量中的应用广泛，但也存在一些挑战和限制。
首先，ADCP测量结果受到水体底部和侧壁的反射干扰，可能会影响测量的准确性。
其次，ADCP需要借助其他设备，如全球定位系统（GPS）和船舶悬挂系统，才能获得准确的位置信息。
ADCP流速及流量测量原理
随着海洋资源的开发利用，ADCP 在海洋工程、海洋观测和海洋能 源等领域的应用前景广阔。
环保监测
利用ADCP对水流、水温和水质等 进行实时监测，为环保部门提供准 确的数据支持。
农业灌溉
在农业灌溉领域，ADCP可用于测 量灌溉水的流量和流速，优化灌溉 方案，提高水资源利用效率。
未来展望
跨界融合
声学多普勒流速仪（ADCP）工作原理
ADCP主要由换能器、电子设 备、和数据存储器等组成。
换能器负责发射和接收声波 信号，电子设备处理接收到 的声波信号，数据存储器用
于存储测量数据。
ADCP通过向水体中发射声波 并接收反射或散射回来的声波 信号，利用多普勒效应计算出
流速。
流速测量的影响因素
悬浮颗粒浓度
声波发射
声波接收
流速计算
流量计算
利用声学多普勒效应，通 过测量声波在流体中传播 时因流体流速引起的频率 变化来推算流体的流速和 流量。
ADCP向流体中发射声波， 声波遇到流体中的颗粒或 障碍物后发生散射。
ADCP接收散射回来的声波 ，并分析声波频率的变化 。
根据声波频率的变化，结 合声波传播速度和流体物 理性质，计算出流体的流 速。
河流流速及流量测量
河流流速测量
ADCP通过向河水中发射声波，利用声波在水中的传播速度差异，测量水流的垂 直和水平方向速度分量，从而得到河流的实时流速。
河流流量测量
基于流速和断面面积，ADCP通过测量河流的断面面积，结合流速数据，计算河 流的流量。
海洋流速及流量测量
海洋流速测量
在海洋环境中，ADCP通过向海水发 射声波，利用声波在水中的传播速度 差异，测量海水的流速。
ADCP流速及流量测量原 理
ADCP流速及流量测量原理
ADCP流速及流量测量原理ADC流速及流量测量原理是指使用ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）测量水流速和流量的原理。
ADCP是一种利用声学多普勒效应测定液体中微小颗粒速度的设备，可以通过声波对液体中流动物体的速度进行测量，进而计算水流速和流量。
ADCP的测量原理包括声波的发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理三个方面。
首先，在ADCP中，通过一个或多个发射器向水体中发射一束或多束高频声波，一般在100kHz至1MHz之间。
这些声波在水体中传播并与水体中的颗粒相互作用。
由于声速在液体中有一定值，当声波遇到运动的颗粒时，声波的频率将发生变化。
根据多普勒效应，颗粒运动方向和音源接收器之间的相对速度将导致声波的频率偏移。
经过接收器接收的声波频率相对于发射时的频率偏移量与颗粒速度成正比。
其次，ADCP利用多普勒效应来测量颗粒的速度。
接收到的声波频率偏移量与颗粒速度成正比，通过测量频移量的大小可以得出颗粒的速度。
多个接收器可以同时测量不同方向的速度分量。
这种多普勒效应测量的速度被称为径向速度，即相对于发射器和接收器之间连线的径向速度。
最后，通过对径向速度的测量数据进行处理，可以得到水流速和流量的信息。
针对横截面或纵向的速度分布，可以进行不同的数据处理方法，如简单平均或高斯拟合。
通过分析速度分布在水体断面上的变化，可以计算出水体的平均流速和流量。
此外，还可以根据声波的传播时间和相互作用，对水体的深度进行测量。
总之，ADCP利用声波与水体中微小颗粒相互作用，通过多普勒效应测量颗粒的速度，进而计算水流速和流量。
其原理包括声波发射和接收、多普勒效应的应用以及数据处理。
该技术在水文学和海洋学研究中得到广泛应用，可以用于测量河流、海洋和湖泊等水体的流速和流量，对水资源管理和环境保护具有重要意义。
ADCP测流外业的技术文件
附件：ADCP测流外业组有关技术文件ADCP测流属于测船测深、取沙及声学多普勒测流组（分值占外业操作10%），测船测深、取沙外业操作的有关规定此次未做修改，以水文科…2012‟116号文为准。
一、ADCP测流外业操作说明1、操作要求（1）主要考察选手对该仪器使用的熟练程度，以及关键点的掌握。
（2）电动遥控船的拆卸养护不作为考点，仅就基站电压检查、基站电源和信号线的连接检查进行考核。
注：现场由工作人员负责遥控船驾驶，包括负责投放、靠岸和船体检查维护操作。
2、操作步骤（1）选手进入赛场后，领取记载表，由裁判员提供相关基础资料（天气、风力风向、流量测次、探头入水深、水尺零点高程等），选手填写记载表相关表头信息，最长时间不得超过3分钟。
此项工作完成后，选手示意裁判准备完毕，裁判员开始计时。
（2）ADCP线路连接和检查。
使用万用表测岸上基站电池电压，向现场裁判员报告电池电压数值。
当电压值低于11V（RiverRay）或者14V（M9），提示现场裁判更换电源，更换电源的时间不计入竞赛时间；检查基站电源和信号线的连接，如连接正常向现场裁判示意。
）（3）ADCP自检。
此部分由选手口述，口述项目名称即可。
RiverRay 的自检软件为BBTALK，或者采用WinRiver2.08软件的“采集”下拉菜单下点击“开始瑞江ADCP测试”，WinRiver2.08软件会自动调用检测模块（答对其中一种即可）；M9的自检软件为RSL3.0，或者点击设置页中的“系统测试”功能。
（4）测流软件参数设置及初始化。
启动ADCP软件，根据测量向导完成各项参数设置。
在基本信息方面，要求“站点名”统一填入“南宁水文站”，安装方式选择“遥控”，“文件名”填入“××”（选手编号），其它选项直接通过。
在现场测验条件设置方面，根据裁判组提供的资料，对换能器入水深、左右岸系数进行设置，其它默认。
各项上述参数设置完成后，点击相应菜单项发出“开始发射”命令，等待软件参数导入到ADCP仪器中，完成初始化过程，选手举手示意，裁判员停表，第一阶段计时结束。
ADCP测流与传统测流的对比及应用
ADCP测流与传统测流的对比及应用摘要:流量测验是水文工作的重要任务之一,传统的河流流量测验主要采用单点流速仪法,广泛运用在人工船测、桥测、缆道、涉水测量等,既费时效率也很低。
ADCP的数据采集、传输、存储全部通过电脑控制操作,自动化程度高。
ADCP的使用比传统测验方法提高效率几十倍,标志着河流流量测验的现代化,被称为是流量测验领域的一次革新。
关键词:ADCP测流传统测流多普勒北川水文站1 ADCP测流原理ADCP是20世纪80年代初发展起来的一种利用声学多普勒原理测量水流速剖面的仪器,根据测定水体中微颗粒声后向散射的多普勒频移来测量水体速度。
它的换能器发射出一定频率的脉冲,该脉冲碰到水体中的悬浮物质后产生后向散射回波信号。
由于悬浮物质随流漂移,使该回波信号频率与发射频率之间产生一个频差,即多普勒频移。
根据这一频移的大小和符号(正负),即能计算出流速和流向。
由于声速在一定深度范围内(表层至几百米深度)的水体中的传播速度基本不变,根据声波由发射到接收的时间差便可确定深度。
一台ADCP可以顶替若干台传统的流速仪,在使用ADCP测流时,设置不同厚度的深度单元,即将测流断面分成若干个子断面,利用不断发射的声波,确定一定的发射时间间隔及滞后,通过多普勒频以及谱宽度的估算,便可得到整个水体剖面逐层上水体的流速;在每个子断面内测量垂线上一点或多点流速并测量水深从而得到子断面内的平均流速和流量,再将各个子断面的流量迭加,即得整个断面流量。
2 ADCP测流与传统测流比较2.1 ADCP方法与传统方法的相同点ADCP测流与传统流速仪法的基本原理一样,都是将整个测流断面划分为许多子断面(即布设多条垂线),在每个子断面中垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线(即子断面)平均流速2.2 ADCP方法与传统方法的不同(1)传统流速仪法是静态方法,流速仪是固定的;ADCP方法是动态方法,ADCP 在随测量船运动过程中进行测量。
浅谈ADCP测流时的误差及处理
量 的精度 ， 针对这部 分的测 量系统误差 ， 有必要从 以下几方面控制测 验 误差 ， 提高测验精度 。 １ 、 从使用 电源着手降低设备噪声 ， 降低测验误差 我站 采用稳定 的 １ ２ Ｖ直流 电源 （ 蓄电池 ） 输 出， 且具 有过压 、 过流、 过温、 短路等 自动保护功 能， 并 能在恢复正 常条件后正 常工作 ， 负载 电 流１ ５ Ａ ， 使Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 和各 种外接设备电噪声恒定 ， 。 １ ： 作持续稳定 ， 消除或降 低 噪声 畸变给 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 和外部设备 在流量测验过程 中产生 的误差 。 ２ 、 从仪器安装 固定方式 降低测验误差 目前 ， 我站用 于固定 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ仪器的是随厂 给的木质固定板 ， 在测 验 时受风浪影 响大 ， 且入水 深度得不 到保证 ， 后在 固定板 上增加救 生圈 ， 使 风浪影响减小 ， 入水深度有 了一定保证 ， 但不能根本 解决问题 ； 现准 备购置 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 测量专用 船 ， 来 减小风 浪影响和保 证入水 深度 。采 用专 用Ａ Ｄ Ｃ Ｐ Ｎ 量船可以保证走航 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 设备安装在铅直 线上 ； 控制好 Ａ Ｄ — Ｃ Ｐ 入水深 度 ， 保证 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 设 备的 四个 超声波探头 的波束没有被船 体等 遮挡 ； 保证 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 设备 的３ ＃ 超声 波探头的指 向 、 船舶船首 指向和外接罗 经指 向绝对 一致 （ 三个 指向相互平行 ） ； 保证厘 米级 Ｇ Ｐ Ｓ 定位设 备天线 安装在 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 设备 的铅直线上方 ， 并且控制 Ｇ Ｐ Ｓ 天线 的高 度 ， 使Ｇ Ｐ Ｓ 天 线周 围没有 任何遮挡 ； 保 证高精度 的超声波精 密水深仪外部 仪器安装 在铅直状态 ， 使所测水深真实可靠 。通 过正 确的仪 器安装固定 ， 使Ａ Ｄ — Ｃ Ｐ 设 备的纵摇 、 横摇控 制在允许 范 围内 ， 使Ｇ Ｐ Ｓ 定位 数据能 真实反 映 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 设备 的位置 ， 使Ｇ Ｐ Ｓ 定 向数 据能真 实反映 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 设备 的方 位 ． 这 样流速矢量 、 船速矢量 的真实性 和精 度就得 到大幅度的提升 ， 流量 的精 度也就相应达到更高的要求 。 ３ 、 从优化 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 配置参数降低测验误差 （ １ ） 运用相应专用软件 ， 将Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 Ｇ Ｐ Ｓ 罗经等设 备的波 特率 统 设置在 １ ９ ２ ０ ０ ｂ ｐ ｓ 或者 ３ ８ ４ ０ ０ ｂ ｐ ｓ 上， 使Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 、 Ｇ Ｐ Ｓ 、 Ｇ Ｐ Ｓ 罗经各种数 据 在 Ｗｉ ｎ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ 记 录中同步 ， 避免 波特率不一 致给 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 程序带来 乱码 或 导致程序呆滞 。 （ ２ ） 选 择适合 本地 汛期与 枯期 的水跟 踪模式 、 底跟 踪模式 和其 它 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 命令 。在 Ｗｉ ｎ Ｒ ｉ ｖ ｅ ｒ 程 序采集模式下 ， 先使用测 验配 置 向导 ， 根据 仪 器安 装 、 本 地水 情 、 河道 等实 际情 况 ， 输 入或 选择 当前 测站 准确 的 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 设备、 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 吃水 、 磁偏 角 、 当前断面最 大水深 （ 根据水 情 的涨 落 率， 预置最 大水深可适 当增加 ０ ． ５ 一 ｌ ｍ ） 、 预计 断面最 大流速（ 根据水位情 况， 查 出推算 的线 上流量结合断面水流现状 ， 估算断面最 大流速 ） 、 预计 最 大船速 、 河床类 型等 ， 由配置 向导 自动生成 基本适 合本地 的 向导 命 令， 其次 在向导命 令建立后 ， 在用户命令 中键人更加适 合本地的专用命 令， 从而 降低 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ因为配置不 合理产生 的测验误 差 。每次测验都 针 对即时水情 、 河床进行相应配置 ， 有 利于提高现场测验精度 。 我 站采用 的是 １ ２ ｏ ０ ｋ Ｈｚ的 Ａ ＤＣ Ｐ， 在 应用 ＡＤ Ｃ Ｐ 进 行流 速 、 流量测 量时 ， 为保证最佳 的测量数据 ， 我站对常用参数采用如下设定 ： １ ） 水深单元高度 ： ＷＳ 即水层测 量单元 ， 我 站采用 ＷＳ ２ ６ 即单元 高度设定 为０ ． ２ ６ 米。 ２ ） 水深单元个数 ： ＷＮ 三、 ＡＤＣＰ测 流 时 测 验 误 差 即设定 ｗＮ ｘ （ 水流层 数设置 为 Ｘ Ｘ Ｘ ， Ｘ Ｘ Ｘ 根 据实际情 况设置 数值 ， 走航式 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 在实 际运用中也有不 足之处 ： １ ） 在 含沙量较大 、 流速 水深单元个 数：最 大深度 ｍ ） ÷ ＷＳ （ ｃ ｍ ） ＋ ２ ） 。 较大的地点 ， 使 用效果 不好 ， 受影 响的程度 与仪 器性能有 关 ， 在正式 应 ３ ） 水跟踪发射 次数 ： ＷＰ 用前 ， 应进 行在各种水 文条件下 的比测作用 ， 确定能否应 用 ； ２ ） 推 移质 设 定为 ｗＰ ４ ， 即每个数据 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 发射 ４ 个水流跟踪脉 冲。 问题。有推移质存在 ， 就要用 Ｇ Ｐ Ｓ 定位 系统 代替河底跟踪系统 ； ３ ） 盲 区 ４ ） 底跟 踪 发射 次 数 ： Ｂ Ｐ 的存在有时很影响测流测验 的准确性 。 设定为 Ｂ Ｐ ４ ， 即每个数据 Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 发射 ４ 个底跟踪脉冲 。 根据这些 和我站在水 文测验 中的实际运用 ， 发现在 我站流量测 验 ５ ） 盲区： ＷＦ 中， 测验产生的误差主要来源于 以下几个方面 ： １ ２ ０ ０ ｋ Ｈ Ｚ Ａ Ｄ Ｃ Ｐ 采 用的是零盲区技术 ， 所以我�
ADCP仪器测流的要点解析以及减小测流误差的途径分析
ADCP仪器测流的要点解析以及减小测流误差的途径分析ADCP仪器测流用到两个软件BBTalk和Winriver2。
BBTalk作为一款终端软件，主要用于帮助用户对ADCP进行采集前的仪器测试、通讯连接和有线连接修改仪器波特率；而Winriver2软件是一款用于配置、采集及回放数据的ADCP综合性应用软件。
根据ADCP配置情况输入你选择的内容，基于已经输入的信息，向导会生成ADCP指令，有关参数设置的注意事项有：1.对于最大水深，最大水流速度以及最大船速度应该尽可能接近实际情况（可以先试测一下，明确各项的最大值）。
2.设置次要深度是在河流测量到的最小深度，一般其范围在0到最大水深之间的一个值。
3.建议船速要低于水流速度。
4.底跟踪以及水跟踪模式都设为自动。
Winriver2会根据水深，速度，以及溪流河床状况选择最佳的模式。
5.输入关于流量方面的选择：在没有测量到的区域使用算法累加流量的方法进行计算。
选择岸的方向应该选择面向下游的方向来确定左岸还是右岸，左侧是左岸，右侧是右岸。
WN: 单元数量，WS：单元尺寸，WM：水跟踪模式。
用户只要掌握以上三项即可，如果要修改其中的一个，只需在用户命令中输入即可，如：将单元数量改为30，在用户命令中输入WN30然后回车即可。
从岸边移动到水足够深以致于可以获得2个有数值的硑（有效单元数为2，根据河流条件尽可能靠近岸边），当数值为Bad时是无效的。
开始点船启动要慢慢启动，若你由于使用大功率马达不能保持较慢的速度，请用拖网马达代替。
平滑启动是很重要的。
在大河里水流速度快受到很多因素的影响。
继续超越河断面直到快到你发现到了之前标明的结束点的位置。
减速到了结束点处停下。
你会发现流量显示有效层数只有两个深度单元，停在这个位置上，等待测量估算岸边流量的记录。
数据采集减小误差途径：1、从岸边慢慢移动，船尽量向上游移动。
当船驶离岸边时，船的启动过程要缓慢驶离岸边并且要到达对岸前也要放慢速度，其目的是不让船速过快。
ADCP介绍及使用方法
ADCP介绍及常用使用方法ADCP全称为Acoustic Doppler Current Profilers，即声学多普勒流速剖面仪，是二十世纪八十年代初发展起来的一种新型测流设备。
它与传统机械转动为基础的传感流速于不同，其采用声波换能器作为传感器，换能器发射生脉冲波，生脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反射，由换能器接收信号，经测定多普勒频率而测算出流速。
ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历史短、测速范围大等特点。
ADCP的测量原理与传统的测量基本原理一样：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。
它与传统方法的不同之处在于：传统流速仪法是静态方法，流速仪是固定的；而ADCP则是动态方法，它在随测量船运动过程中进行测验。
传统流速仪法要求测流断面垂直于河岸；而ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸，测船航行的轨迹可以使斜线或曲线。
ADCP所测的垂线（子断面）可以很多，每天垂线上的测点也很多。
下面介绍ADCP的常用使用方法：一、仪器安装：如图所示，将仪器安装在测杆上。
要求3#波束对准船头方向，注意接口处用硅脂进行水密处理。
连接电源时要注意正负极（红正黑负），切勿接反。
并连入计算机。
二、仪器自检在仪器入水前，运行BBTALK软件，按软件提示操作，进行检查。
设置串口与波特率等：运行TEST命令文件完成测试。
三、数据采集运行WinRiver软件，选择采集模式。
根据实际情况，设置各设备的串口、参数等。
对于长江口测量常用参数如下（仅供参考）：参数：600k及ADCP序号（如8532，9309等）；Depth（深度）为ADCP放置在水下的深度，根据实际情况而定，一般为0.5；Vairation（磁偏角），上海的值为-4；MaxDepth（最大水深），可以取略大于实际水深2-3m的值来设定；SecendDepth，可取MaxDepth值；Max水速，一般长江口可取3.0，根据实际情况大概估计；Max船速，一般情况下不超过Max水速值；Streambed（底部土质），根据实际情况选择mud，slit，sand等；Bottelm Mode，一般选择Mode 5（选择AUTO亦可）；Water Mode，一般选择Mode 1（选择AUTO亦可）；专业相关的命令运算符如下：EX11111——转成enu（地球）坐标WP4——water-pin水跟踪（4个值一组）BP4——bottlem-pin底跟踪（4个值一组）WF25——盲区为25cmES10——指盐度（取实际值，不一定是10，只是举例，下同）WS50——分层单元，指一个seil层厚度，一般要求不高时用50cm，要求高时用30cmWN80——一共有多少个层？一般取（max水深/每个seil层厚度）+2的值，只要大于max水深/层厚就好了TE00000000——连续采集数据，若不设置的话一般为1.6s-2s一个数据，若需要自己设置时，00 00 00 00分别对应时、分、秒、毫秒设置值。
ADCP测流基本原理分析
ADCP测流基本原理分析一、前言ADCP测量是河流和湖泊等水体在测量过程中的常见测量技术方法，采用的是多普勒效应原理，目前是我国在测量水体深度中最常见的方法，本文重点对ADCP测量数据中的相关问题进行了详细的分析和探索。
二、工作原理与测量方式ADCP利用声脉冲波、声波换能器，展开河流流速流量的测量装置，ADCP 测量河流的流速时，将声波换能器置于水下，通过其发射一定数据的频率声脉冲波导水体，声脉冲波通过水体颗粒进行移动，水体颗粒物不断被声波换能器吸收，不同位置均可反射出声脉冲，对不同频率之间频率差值进行计算，从而确定河流水体流速。
因ADCP通常配置4个声波换能器，在测量水体流速过程中，可对流速进行实时、动态的测量。
由于声波换能器的数量较多，可从不同角度发射出声脉冲，为河流流速提供多组的测量数值，有利于提高数据测量的精度。
利用声脉冲的测量方式，ADCP可测量水体流速，同时可测量断面流速剖面，利用声波换能器发射、接收声脉冲，可使测量数据的稳定性、精确性得以明显提高，ADCP 可短时间内实现大范围流速测量。
目前，针对水体流速测量，ADCP主要包含定点式、走航式两种测量方式，定点式测量是在水流固定点上安装ADCP，例如水面桥墩，利用ADCP测量水体，因仪器在固定一点上测量数值，所以，测定水体所得数值为真实值，可直接应用于数据处理。
三、ADCP在水文监测中的应用针对水文监测而言，ADCP可准确测定水流流速、水流截面流速，可估算测定岸边的水体流速。
首先，中小河流的水文测验目的、特点。
通常而言的中小河流主要指与人们生活相关水体、日常生活河流与湖泊。
可以说，中小河流发生的水文运动，对人们日常生活具有十分重要的影响。
对中小河流进行水体治理、水文测样，可有效促进农业发展，为防洪抗旱提供重要保障。
中小河流的水体灵活性特点，水体极易收到外界影响，引起水体水质、水流速、水流量变化，进一步影响了周边居民生活、农业发展。
所以，对中小河流进行水文测验，可有利于掌握水体变化规律，有利于在水体发生变化前，做好相应的预防工作，降低周边环境受水体变化的影响。
ADCP流速及流量测量原理
6
声波发射
• ADCP收到悬浮颗粒物反射回来的声波由于 悬浮颗粒物的相对速度而产生频移
• 这就是多普勒效应
7
多普勒效应
• Acoustic
• Doppler
• Current • Profiler
8
多普勒频移
TRAIN APPROACHES-Higher Pitch
TRAIN RECEDES-Lower Pitch
bottom at one time.
(B)
Beam illuminates bottom completely
at one time
Bottom
Short Pulse
Water-track
Long Pulse
Bottom-track
20
盲区
上下盲区：
微断面
u u*
9.5 ( z )b z0
0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.5 0.4 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.3
0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.7 0.7 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5
0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.2 0.2 0.2
Depth
Q ENSEMBLE = 28.2 m3/s S Q = 84.9 m3/s
0.3 0.3 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7 0.6 0.5 0.4 0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.4 0.3
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1．引言
河流流量测量是水文工作者的重要任务之一。
传统的河流流量方法包括人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量等。
其基本原理是在测流断面上布设多条垂线。
在每条垂线处测量水深并用流速仪测量一至几个点的流速仪从而得到线平均流速。
进而得到断面面积和断面平均流速。
流量则由断面面积和断面平均流速的乘积得到。
ADCP是英文Acoustic Durrent Profiler的缩写。
中文通常译为声学多普勒流速剖面仪。
当装备有ADCP的测量船从河流某断面一侧航行至另一侧时，ADCG即刻测出河流流量。
本文简要介绍ADCP和ADCP河流流量测量原理和方法。
2．ADCP简介
顾名思义，ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流速度剖面的仪器。
与机械式电磁式流速仪不同，ADCP是一种遥测仪器。
即ADCP流速测量点不在ADCP所处的位置。
而且，ADCP可以测量距其一定范围内的许多点的流速。
也就是说，一台ADCP可以替代许多台机械式电磁式流速式。
为了测量三维流速，ADCP一般装备有四个（或三个）声换能器。
换能器总是安装成与ADCP轴线成一定倾角。
每个换能器即是发射器对应于一个声束。
换能器发射的声波尽可能集中于较窄轴线成一定倾角。
每个换能器即是发射器又是接收器。
换能器发射的声波尽可能集中于较窄的声束范围内。
每一个换能器对应于一个声束。
换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被子水体中颗粒物散射回来的声波。
假定水体中颗粒物与水体流速相同。
当颗粒物的移动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回疲频率高。
当颗粒物的移动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频低。
声学多普勒频移，即发射声波频率与回波频率之差由下式确定：
式中：Fd是声学多普勒移；FS是回波频率；V是颗粒物沿声方向的移动速度（即沿声束方向的水流速度）C是声波在水中全会传播速度。
ADCP每个换能器轴线即为一个声束座标。
每个换能器测量的流速是水流是水流沿其声束座标方向的速度。
任意三个换能器轴线即组成一组相独立的空间声束座标系。
另外，ADCP自身定义有直角坐标系：X―Y―Z。
Z方向与ADCP 轴线方向一致。
ADCP首先测出沿每一声束座标的流速。
然后经过座标转换为X―Y―Z座标系下的三维流速。
然而X―Y―Z是局部座标系。
利用罗盘和倾斜计提供的方向和倾斜数据，X―Y―Z座标下的流速可转换为地球座标系下的三维流速。
ADCP基本上有两种安装方式和应用，一种是安装在固定平台上（如河底或海底）进行定点垂线（或水平）流速分层测量（在海洋水文中称为流速剖面测量）。
例如RDI公司生产的“骏马”系列“哨兵”型ADCP的应用。
另一种是安装在活动或移动平台上（如调查船上）进行走航流速剖面测量。
例如RDI公司生产的“骏马”系列“瑞江”牌ADCP的应用。
ADCP通过跟踪水体中颗粒物的运动（称为“水跟踪”）所测量的速度是水流相对于ADCP（也即ADCP安装平台）的速度。
当ADCP安装在固定平台上（水跟踪“测量的流速即为水流的绝对速度。
当ADCP安装在船上（移动平台），“水跟踪”测量的相对速度中扣除船速（平台的移动速度0后才得到水流的绝对速度。
有两种方法可以测量船速。
第一种方法为“底跟踪”是指ADCP通过接收和处理品由河底或海底的回波信号跟踪河底的运动。
如果河底或海底没有移动的悬移质，“底跟踪”所测量的速度即是船速。
第二种方法是利用GPS测量船速。
由航迹上任意两点的GPS座标值可以得到两点间的位移，再除以相对应的即得到船速。
一般来说GPS方法测船速不如“底跟踪”方法精确。
ADCP用于河流流量测量已有十年的历史了。
RDI公司的第一代，第二代，和批三代ADVCP都有专门为河流流量设计和制造的河流型ADCP。
图1显示了“骏马”系列“瑞江”牌河流型ADCP图片。
整个测量系统三个主要部分：以及流量计算。
实时显示的数据有流速矢量，水量，航迹，流量等。
实时测量结果还可以列表显示。
在进行流量测量体的真实流速成则由相对速长减去船速（矢量差）来得到。
ADCP同时还测出水深（类似于声纳测深）。
这些数据（包括流速，船速，水深）由电脑在系统操作软件控制下实时采集，处理，并实时计算每一微断面的流量，当作业船沿某断面从河一侧时，即给出河流流量。
3．0ADCP流量测量原理
从理论上讲，ADCP流量测量原理与传统人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量的基本原理是一样的，都是在测流面上布设多条垂线。
在每条垂处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速。
只是ADCP所测的垂线可以很多，每条垂线上的测线上测点也很多。
然而，与传统方法相比，ADCP方法有如下几点下同：
（1）传统方法是表态方法。
即无论是人工船测，桥测，缆道测量，还是涉水测量，仪器总是固定于所测垂线进行测量。
ADCP方法是动态方法。
ADCP 在随测量船运动过程中进行测量。
（2）传统方法的测流面通常要求垂直于河岸。
ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸。
船航行的轨迹可以是斜线或曲线。
为了计算流量，ADCP在走航测量中测量如下数据：
（1）水的相对速度（相对船的速度，由“水跟踪”测出）
（2）船速（由“底跟踪”测出，或由算出）
（3）水深（由河底回波测出，类似于回声测深仪）
（4）船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算出）。