ADCP河流流量测量原理和方法

Hydraulic Technology360《华东科技》水文监测中ADCP 流量测验与误差控制举措姚春捷（南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012）摘要：声学多普勒流速剖面仪英文简称ADCP。

由于在实际应用过程当中所具有的一系列优势，被人们广泛的应用在有关于和流量监测的工作当中。

在应用的时候只要注意相应的方式方法就能使测量结果的准确性得到强有力的保障，同时还能够在一定程度上降低相关工作人员的工作量。

由于这些优点的存在，该仪器受到了人们的广泛欢迎。

然而在该仪器实际应用的过程当中，由于各种因素的影响其结果的准确性不易受到保障。

因此工作人员在使用该项仪器的过程当中，需要结合河流的实际情况采取一系列科学合理的方式方法进一步加大对误差的控制力度。

本文对水文监测中ADCP 流量测验与误差的控制进行了全方位的分析，希望通过本文可以为相关工作提供一些参考。

关键词：水文监测；ADCP；流量测验；误差控制在水流监测相关工作正式进行的过程当中，为了对水资源进行更有效的保护，人们为其设立了多项内容。

在这些诸多的内容当中，流量测验活动是非常重要的一个环节。

通过流量测验相关工作的顺利进行，可以使得相关部门得到该条河流中水位和流量之间的密切关系，并且按照水位的实际情况判定该条河流的流量情况。

随着我国科学技术的不断向前发展，为了使得流量监测相关工作进行得更加顺利，人们为其研发了各种设备辅助该项工作的进行。

在诸多的仪器设备当中，ADCP 由于在实际应用中所具有的一系列优势逐渐在流量监测工作中取得了愈加广泛的应用。

通过ADCP 的合理利用，可以使得流量监测的自动化水平得到实质性的提升。

然而如果在应用ADCP 的过程当中，由于各种因素的干扰使其受到了流沙河床磁场等影响，其结果的准确性很难得到有效的保障。

因此，现场工作人员需要采取一系列科学合理的方式方法对其产生的误差进行严格的控制工作。

1 ADCP 流量测验基本原理及方法 1.1 ADCP 流量测验基本原理 ADCP 通过向水体发射一个（一对或一组）声脉冲，这些声脉冲碰到水体中悬浮的且随水体运动的颗粒后产生反射波，发射声波的频率和回波的频率会产生频率的改变，其频率差为： 2d V F F C 在ADCP 实际应用的过程当中，每一个换能器轴线都可以表将其表现为一个声速坐标，而三个换能器轴线就可以形成一组空间声速坐标。

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。

水利科技 水文监测中ADCP流量测验与误差控制分析饶 晟（湖南省长沙水文水资源勘测中心，湖南 长沙 410014）摘要：对于水文监测工作而言，流量监测是其必不可少的重要环节之一。

流量监测工作在实际进行中最为主要的目的是根据一定的方式方法创建并且寻求水位和流量之间的密切联系，并且根据水位的具体情况对相应流量的状态进行准确地判断。

通过ADCP作用的正常发挥，可以对偏差进行有效控制。

本文对ADCP流量监测以及误差偏差进行了全方位的研究，希望通过本文可以为相关工作提供一些参考。

关键词：水文监测；ADCP；流量测验；误差控制所谓的ADCP实际上指的就是通过声学多普勒原理的合理应用，对各个层次水介质散发信号的平移状态进行全方位的监测，并且通过矢量合成技术进一步得到海流垂直剖面水流状态的一些设备。

ADCP流量监测工作的正常进行可以使监测效果得到有效地保障。

然而当该技术应用在一些有流沙河床或者是磁场时，则相应的准确性很难得到有效地保障。

在对河流断面进行测量的过程当中，为了满足测量工作的实际需求，必须要有一些牵引设备的监测。

同时还需要在测量中输入相应的断面参数。

1 ADCP流量测验基本原理及方法1.1 ADCP流量测验基本原理就一般情况而言，测量设备与声源之间的欧式距离成正比。

发射声波的具体频率和回波频率之差为下式：2 d VF FC由于换能器轴线的实际表现形式可以将其表示为一个分数坐标，三个换能器轴线可以形成一组空间声束坐标系。

首先通过ADCP 作用的正常发挥，可以对每一声束坐标的流速分量进行准确测量。

测量完成之后，可以通过声束坐标和ADCP的直角坐标系实施变换后形成（X-Y-Z）坐标系的三维流速.最后通过罗盘以及倾斜计将得到的一系列数据转化为地球坐标系下的实际流速。

1.2 ADCP流量测量方法在实际的工作中对断面进行测量时，ADCP由于其强大的作用可以对断面中部区域的流速进行有效测量。

除此之外，由于ADCP在应用中的特殊情况存在着4个无法对其流量数据进行有效测量的非实测区。

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。

走航式ADCP在水文流量测验中的应用分析走航式 ADCP（Acoustic Doppler Current Profiler）是一种使用声学原理来测量水流速的仪器，广泛应用于水文流量测验中。

其工作原理是通过发射声波并接收其回波来计算水流的速度和方向。

以下是关于走航式ADCP 在水文流量测验中的应用分析。

首先，走航式ADCP可以提供全面的水文流量信息。

其通过测量不同水深处的流速而提供流速剖面和流速向量。

传统的测量方法通常需要将流速测点限制在几个确定的位置上，而走航式ADCP可以提供河道或水体横截面上的大量测点，用于生成流速剖面和流速场。

这样可以更全面地了解水流的变化情况，帮助分析水文流量的分布规律。

其次，走航式ADCP具有高精度和高效率的优势。

与传统的测量方法相比，走航式ADCP不需要设置固定的测点和测量设备，只需在船只上安装ADCP仪器，然后进行航行即可获取大量的数据。

这种无需人工干预的自动化测量方式大大提高了水文流量测验的效率，并且减少了人为误差。

同时，走航式ADCP的测量结果具有较高的精度，可以满足水文流量测验的要求。

此外，走航式ADCP还可以应用于大范围的水文流量测验。

由于其快速、准确的特点，走航式ADCP可以应用于各种不同尺度的水体中，包括河流、湖泊、海洋等。

这种灵活性使得走航式ADCP能够适应各种不同环境条件下的水文流量测验需求，无论是在水电站的出水口测量，还是在长江这样的大型河流中进行测量，都能够获得令人满意的结果。

此外，走航式ADCP还具有实时监测的能力。

由于其航行测量的方式，走航式ADCP可以实时获取水文流量信息，并将数据传输到处理平台。

这意味着在进行测验的同时，可以进行实时的数据观测和处理，以便及时纠正或优化测量计划。

这种实时监测的能力对于进行水文流量实验的工程项目来说尤为重要，可以及时调整措施，以保证测验的准确性和有效性。

最后，走航式ADCP还可以结合其他测量方法来进行综合分析。

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。

1H-ADCP简介1.1 ADCP理论知识H-ADCP是英文Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler的缩写。

中文通常译为水平声学多普勒流速剖面仪。

流速、流量测验方法的发明被认为是河流流量测验领域的一次革命。

它比传统的河流流量测验方法提高效率十几倍。

标志着河流流速、流量测验的现代化。

H-ADCP是一种利用声学多普勒原理测验水流速度剖面的仪器。

H-ADCP一般配备有二个（或四个）换能器。

换能器与轴线成一定夹角。

每个换能器既是发射器又是接收器。

换能器发射的声波具有指向性，即声波能量集中于较窄的方向范围内（称为声束，类似于探照灯发射的光束）。

换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波。

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接近换能器时，换能器聆听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，换能器聆听到的回波频率比发射波频率低。

如前所述，假定水体中颗粒物的运动速度与水体流速相同，通过跟踪颗粒物的运动（称为“水跟踪”）所测验的速度是水流相对于（也即安装平台）的速度。

当安装在固定平台上，“水跟踪”测验的流速即为水流的绝对速度。

当安装在船上（移动平台），在“水跟踪”测验的相对速度中扣除船速（平台的移动速度）后即得到水流的绝对速度。

H-ADCP 流速坐标：声束坐标仪器坐标：Ｘ－Ｙ流速数据：Ux, Uy注：不含罗盘H-ADCP用途：河流水文站或水情站流速、流量实时测验，明渠流速、流量实时测验；灌渠流速、流量实时测验；河流水质监测站总量实时监测；利用H-ADCP提供的流速和水位数据，应用指标流速法或数值方法计算流量。

河流、河口区流场数据采集，为流场数值模型提供标定或验证数据。

港口水域流场实时监测，为保证进出港船只安全提供流速数据。

海上采油平台附近流场实时监测H-ADCP应用：（1）通过电缆与电脑连接即可以作为一个独立的流速、流量在线监测系统。

adcp测量原理宝子们！今天咱们来唠唠ADCP这个超酷的东西的测量原理呀。

ADCP呢，全名叫做声学多普勒流速剖面仪。

你可以把它想象成一个超级智能的水下小侦探。

它主要是靠声学原理来干活的。

ADCP会发出声波，就像我们在水里丢个小石子会产生水波一样，不过它是声波哦。

这个声波在水里传播的时候呢，就会遇到水里那些跑来跑去的小颗粒，什么泥沙颗粒呀，浮游生物之类的。

当声波撞到这些小颗粒的时候，就会发生反射。

这就好比我们对着山谷大喊一声，声音会被山谷反射回来一样的道理呢。

那ADCP怎么知道流速呢？这就很有趣啦。

因为这些小颗粒是随着水流在运动的呀。

当声波反射回来的时候，由于小颗粒在动，声波的频率就会发生变化。

这就是多普勒效应啦。

就像你站在路边，一辆汽车按着喇叭呼啸而过，汽车靠近你的时候喇叭声音听起来比较高，汽车开远了声音就变低了，这就是因为汽车的运动导致声音频率的变化。

在水里也是这样，ADCP通过检测反射声波频率的变化，就能算出这些小颗粒的运动速度啦，而小颗粒的运动速度基本上就代表了水流的速度呢。

而且呀，ADCP可不光能测一个点的流速哦。

它能测剖面的流速呢。

它是怎么做到的呢？它会从不同的角度发出声波，然后接收不同深度的小颗粒反射回来的声波。

这样就像是在水下画了好多条线，把不同深度的水流速度都给探测出来了。

就像我们用好多把尺子同时量一个东西的不同部分一样。

你想啊，这对研究海洋、河流啥的可太有用了。

比如说在河流里，我们想知道河水从河面到河底是怎么流的，ADCP就能告诉我们。

在海洋里也是，它能让我们了解不同深度的海流情况。

这对航海啦，研究海洋生态啦，都有着超级大的意义呢。

再说说ADCP的精度吧。

虽然它是靠小颗粒的反射来测量的，但是它可精准着呢。

就像一个特别细心的小工匠，能把流速精确到一个很小的数值。

当然啦，它也不是在所有情况下都完美无缺的。

如果水里的小颗粒太少了，就像一个特别空旷的房间里没几个东西可以反射声波，那它的测量可能就会受到一点影响。

技术方案一、固定式声学多普勒流量计H-ADCP简介1、测流原理及方法ChannelMaster型H-ADCP是美国Teledyne RD Instruments公司生产的用于河流和明渠流速、流量实时监测的固定式声学多普勒流量自动测定仪。

H-ADCP 通过电缆与电脑连接即可以作为一个独立的流速、流量实时监测系统。

H-ADCP 也可以与其它仪器和设备集成为水质水量遥测站。

ChannelMaster型H-ADCP目前有三种频率：1200 kHz, 600 kHz 和300 kHz,适用于不同宽度的断面。

ChannelMaster型H-ADCP是通过两个水平超声波探头测量流速，通过超声波水位计测量水位，从而完成流量的测量、计算。

1200 kHz 600 kHz 300 kHzH-ADCP可以采用指标流速法进行流量测量。

指标流速法就是通过建立H-ADCP实测流速（指标流速）与河流或明渠断面平均流速之间的相关关系，即用实测资料对系统进行率定来测量流量的。

具体的比测标定方法是，利用H-ADCP测量流速（指标流速）的同时，用其它方法算出河流的真实流量，根据水位和预先知道的大断面计算出断面的过水面积，流量除以断面过水面积就得出此时的断面平均流速；此时H-ADCP测量的流速（指标流速）与断面平均流速相对应。

在不同的流量及水深情况下得出多组指标流速和断面平均流速，通过回归分析（采用最小二乘法），即可建立起断面平均流速与H-ADCP实测流速（指标流速）之间的相关关系（回归方程）。

ChannelMaster型H-ADCP 主要优点如下：•采用TRDI公司宽带专利技术。

•高精度、高空间和时间分辨率。

可以使用较小的单元、在较短的采样时间步长内获得精确的流速数据。

•对于很难测验的低流速和非恒定流也能获得高质量测验数据。

•标准配置1－128个可选单元、0.2－10m 可选单元长度、1－300m 剖面范围（取决于系统频率）。

可以得到更多的流速数据，从而可以测出水流在水平方向的分布，具有很大的灵活性。