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    各种新老测流仪器的对比使用感受

    2019-02-14 09:35:24
       这几年是水文大发展的几年,各种测流设备频出。在这里我想总结下这些年来,我使用过的五种不同的测流设备感想。
      首先我想说的是测流仪器里的老兵流速仪。流速仪相信每一个水文人都不陌生,虽然是老前辈,但还是大多数测站的主要的测流设备。不管是旋子式的还是旋杯式的,不管是高速的还是低速的,原理都一样,借用断面,在相应的起点距上布设垂线,在相应的测流垂线上测量水深,计算流速仪放的位置,听秒表、数声音,再利用公式就算出流速,根据测时水位在大断面图上查找相应的起点距,逐个计算面积、流量得出结论。整个一套下来耗费大量的人力物力和时间,还需要做大量前期工作(测大断面定起点距),结果还容易出错。当大水来临时,危险倍增,且日益难以满足抢测任务。
      第二我想说的是缆道雷达波测流设备。缆道雷达波测流设备采用远距离非接触方法测量水面流速,测量时不受水中含沙量、漂浮物、气候等影响。适用于一般河流、污水流速等测量,特别适宜夹带污物的排水、高洪和含沙量很大的湍急河流的流速测量。利用水文站现有水文缆道,把系统硬件安装于铅鱼、吊箱等运动物体进行测量,起点距沿用水文站实际断面资料,不改变原有的缆道驱动形式和控制形式,配合计算机、软件、电台等组成流量自动测量系统.。相比流速仪拥有安全(发着雷达波,不接触水面);智能(采用软件滤波分析测量数据,实时存储测量数据,自动生成打印符合规范要求的测量报表);高效(体积小、重量轻、操作维护简便)的特点,同样需要借用大断面。随比流速仪更加先进,但也无法满足越来越高的任务要求。
      第三我想说的是走航式ADCP,中文名称声学多普勒流速剖面仪,全球做ADCP的有三家公司,都在美国,产品也个有不同,但原理一样,基本工作原理都是利用多普勒效应这一物理效应进行工作。具体来说由于水中存在大量的声波散射体,如微小粒子,水中浮游生物及气泡等,这些物体随水流动。当频率为FO的声波在水中传播时,有一小部分能量经这些散射体散射回来,通过换能器接收,放大后测得其频率为Fr。根据多普勒频移原理只要声源(或接收器)与散射体之有相对运动,则Fr≠FO其差值为Fd则有:Fd = Fr – Fo = 2FoV Sinα/C,其中α为波束的垂直倾角,V为声源(或接收器)与被测散射体的相对速度,C为声速。当声波发射以后,从不同深度返回的散射回波时间是不同的,检测不同时间上的频移,即可得到不同层中散射体的相对速度,也就是水流相对ADCP(或船)的速度。
      常见的有美国RDI公司的瑞江和瑞智两款ADCP,零快公司的微型ADCP.首先说下进入我国的也是使用成熟稳定的瑞江ADCP,是目前来说国内使用较多,分布广泛的一款走航式ADCP。可以安装在测船上,也利用三体船用人工或过河缆道上,多个测回求出精确值,由于不需要借用断面,所以更加精确高效,更能测流时减少人工,节省宝贵的人力资源,是参加未来抢测的主力。瑞智ADCP是瑞江的姐妹仪器,不同的是瑞智ADCP更加智能,需要输入的参数更少,更加省时易用,属于傻瓜型。但弊端是不能人工设置测验流速和水深的参数。导致精确度可能会低于瑞江。
    至于微型ADCP和M9,只是工作界面不同,但相比RDI的产品,这两款都有后期资料处理程序和数据多一份保管在仪器内的功能,功能更齐全,但没有了瑞江的页面简洁明了。综合我使用过的几次数据来看,在精度上M9和瑞江更精准更稳定一些,微型ADCP和瑞智数据偶尔会偏小。但这四款不同的ADCP都具有不借用断面,时时,精确,高效,省时,省力,省人工的优点,都是未来执行巡测方案和高水抢测任务的主力。
      另外,我想谈谈拓泰公司的在线式ADCP,在线式ADCP是一款安装在水下的固定式ADCP,主机外壳为33.2cm(宽)×17.8cm(高)×12.4cm(厚)的实体,正面有2个水平声学传感器,用于测量水层水体流速;顶端有1个垂直声学传感器,用于向上测量水深,利用声学多普勒原理测量水体流速,测量单元的起点、终点,即单元的长度和位置都可以由用户根据需要设定。对于实时流量监测,一般可取每300s或600s输出一个数据。内置4MB内存,可存储200,000个数据。由太阳能或蓄电池提供电力,时时向水底和对岸等方向发射雷达波测出流速,并借用断面计算出时时流量,每十分钟通过电话卡上传一次数据,可无人值守,全天候不间断测量,大大减少人力成本。不过目前只有上饶勘测队在做前期的比测工作,还未正式投入使用,目前发现的问题有两个,一是对安装位置比较苛刻,必须安装在历史低水位以下五十公分处,不能离岸边太远也不能露出水面(理想的是在较陡峭的地方),还要做好防撞击等安全措施。二是由于工作原理较特殊,低水位低流速时容易受影响,周围过大船,强逆风等情况出现时数据容易失真。且高水时精度还未充分验证,需要时间。
      我想说一句,越是高科技仪器,需要的各种保障设施也越多。我们在学习和各种使用先进测流设备时,非智能的流速仪还是需要保存,以备不时之需
     
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