拾级而上 步步登攀——ADCP助力山东黄河水文发展“三部曲” - 走航式声学多普勒流速仪底跟踪失效的

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拾级而上

           步步登攀

——ADCP助力山东

黄河水文发展“三部曲”

2006年，《声学多普勒流量测验规范》出台，声学多普勒流速剖面仪（以下简称ADCP）作为世界上最先进的流量测验设备之一，在国内外得到广泛应用。但由于黄河下游含沙量大，河床变化剧烈，水情复杂，给ADCP在黄河山东测区流量测验中的应用造成了巨大困难。

山东黄河水文工作者们立足于测区实际水沙条件，经过不断探索、试验、分析、总结和改进，逐步实现了走航式ADCP流量测验方式在黄河山东测区的推广，在黄河水文现代化建设的史册中书写下拾级而上、步步登攀的传奇篇章。

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从“天方夜谭”

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到“触手可及”

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多年以来，黄河下游主要的流量测验方式一直是传统的机械流速仪法测验，由于其历时长、自动化程度低等缺点，越来越无法满足当前水文事业发展的需要。为了彻底改变基层测站的测验条件，减轻职工的工作强度，2008年，黄委山东水文局开始与ADCP结下不解之缘。

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为探索ADCP在黄河下游山东河段的适应情况，山东水文局于2008年在高村、孙口和艾山水文站分别进行了传统转子式流速仪法与走航式ADCP法的流量测验比测实验，但由于洪水期含沙量和推移质动床效应较大，造成ADCP底跟踪失效，ADCP测得的流量明显偏小，最大误差达到30%以上。为解决因底部泥沙运动产生底跟踪失效问题，山东水文局采取了以GPS罗经数据代替走航式ADCP内置罗经的新思路，以艾山水文站为试点，进行ADCP外接GPS与流速仪测流的对比分析试验。

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经过大量试验与分析，走航式ADCP与GPS组合在黄河下游流量测验的研究取得初步成果，艾山水文站在低流量、低含沙量条件下的ADCP测验结果可以满足相关规范规定的误差要求。2016年12月，黄委水文局批复ADCP在艾山水文站投产使用，标志着ADCP流量测验在黄河山东测区实现了从无到有的第一步突破。

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从“单点突破”

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到“全面开花”

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ADCP在艾山水文站的投产应用给山东黄河水文人以极大的鼓舞，其余各测站也都跃跃欲试，想要早日实现现代化先进仪器测流的梦想。

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但走航式ADCP在黄河山东测区的推广也不是一帆风顺的。测区内5处干流水文站的河道形式、测站特性、水沙条件不尽相同，其中高村、孙口水文站测验河段主流摆动频繁、幅度较大，属典型的游荡性宽浅河道；艾山以下基本属于窄深河槽，主流摆动变化基本在主槽内，变动幅度较小。因此，要想实现走航式ADCP在整个山东测区的推广，必须逐站进行充分的比测试验。

在山东水文局的统一部署下，2017年至2018年，各水文站继续开展走航式ADCP+GPS技术与传统流速仪法的比测试验。比测的历程跨过炎炎夏日与凛凛寒冬，经过日复一日的不懈努力，各水文站积累了一份又一份比测资料，并形成了内容丰富、数据可靠的比测报告。

2018年6月，随着山东水文局对泺口水文站ADCP投产使用的批复，走航式ADCP外接GPS的流量测验方式真正在黄河山东测区实现全面推广，提升了水文测报能力、奠定了水文测验模式的变更基础的同时，也改善了基层测站的测验条件，减轻了职工的工作强度，提高了水文信息的时效性，同时也为ADCP研发单位的设备升级提供了理论基础。

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从“限定武器”

到“常规装备”

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2018年批复的ADCP使用条件受限颇多，例如利津水文站只允许在流量不超过850m³/s、含沙量不超过3.00kg/m³时使用ADCP进行流量测验。作为黄河山东测区的一项“限定武器”，ADCP只适用于低流量、低含沙量情况，一旦汛期出现较大规模的水沙过程，ADCP便超出了使用范围，流量测验不得不回归原始的转子式流速仪法。

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ADCP在防汛关键期的作用发挥偏小，成为亟待解决的一个新问题。各水文站再接再厉，持续做好比测工作。基于可靠的比测分析结论，2020年，山东水文局连续下达5份批复文件，黄河山东测区5个干流水文站使用走航式ADCP测流，流量级不再受限制，最大含沙量均扩展至10.0 kg/m³。除特殊水沙条件下，ADCP作为“常规装备”基本可以满足全年大部分时期的流量测验需要。

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利用每年汛期较大水沙过程，加强ADCP适用含沙量及流量范围的研究，继续扩大走航式ADCP的使用范围，一直是黄河山东水文测区的重要任务之一。随着对仪器原理的熟悉和使用经验的增加，加上大量的实践研究基础，发现ADCP内置600kHz的高测深频率是影响仪器测验范围的主要因素，其测深功能不适合黄河下游的“浑水”条件。山东黄河水文人继续开阔思路，通过搭载穿透力更强的低频测深仪，改变测深数据源，2020年汛后比测过程中取得15.7kg/m³的满意成果，有效弥补了ADCP水深数据测量功能欠佳的缺点。

以外接低频测深仪的测深数据代替ADCP水深数据，黄河山东测区开启了ADCP比测工作的新篇章——推广ADCP+GPS+测深仪的自主创新测验模式。2021年汛期，泺口、利津两站走航式ADCP的试验应用中，最大含沙量达到26.0kg/m³左右。2022年，山东水文局继续利用黄河下游较大含沙量时机，正有序稳步地开展比测工作。

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回顾ADCP助力山东黄河水文发展的“三部曲”，我们既切身感受到现代化新仪器给日常水文测验工作带来的巨大便利，同时也体会到了仪器推广过程中自主创新与攻关研发的重要性。这层层递进的“三部曲”，是山东黄河水文人在现代化征程上一步一个脚印、不断向上登攀的美丽缩影。展望未来，山东黄河水文人将矢志不渝，继续拾级而上，助力“智慧水文”目标的全面实现。

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编辑/朱蕾 徐晶琳   排版/朱蕾

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