* m% U" |1 j& P1 E& y: V1 p" }9 {/ |, z$ Q2 X
五、现场操作步骤 （三）流量测量步骤 严重的数据质量问题 当使用ADCP进行测量的时候，操作者需要时刻关注ADCP软件上的数据情况。如果一个断面测量中发生了严重的数据质量问题，那么这个断面数据将被弃用。同时在ADCP流量现场记录手册上写清楚原因，该数据也不能拿来进行流量的计算。如果问题的产生是因为测量断面不理想，那么则需要重新选取并记录于现场手册中。如果发生数据质量问题的断面并不是测量中的第一个断面，那么船只应该回到初始点，保证断面被重复往返测量。潜在的数据质量问题可能包括但不限于以下内容： 1. 水跟踪或底跟踪模式配置不合适； 2. 配置错误，比如深度单元层分层数太少达不到底层； 3.一定数量或者持续的无效数据，即不能满足内部标准和用户指定的数据标准，或者由于电脑与ADCP通讯故障造成的数据丢失； 4. 一定数量的无效底跟踪； 5.错误的船速或流速，比如模糊误差； 6.过大的船速； 7.因多路径、卫星变化或高精度因子导致的GPS数据不佳； 8.使用GPS进行船速参考或环形动底测试时，由于罗盘校准不良或磁干扰导致罗盘艏向错误； 9.过度的纵摇和横摇，或者船体与ADCP姿态的不稳定； 10.由于疏忽导致过早或过晚开始/结束断面采集。 船只操作 经验表明平均船速要大致接近或小于平均流速。保持稳定平滑的船速（渐进式加速和减速，保持匀速，如果可以的话，缓慢转弯）比保持慢船速更重要。有些测量点可能有必要使用非铁质标记缆拉动船只。其他可以让船速缓慢而稳定的方法包括使用助推杆、船桨、低速拖钓马达或使用拖拽船，当从人工缆道或桥梁上布放时，可以缓慢地穿过水道。当使用拖拽船的时候，船速也要适当快一点，避免由于风或波浪的影响而导致拖曳船来回移动。使用风袋或其他设备作为海锚（图8）可以增加漂浮的背向拉力，有助于船体在低流速有风的环境下稳定行驶。当使用GPS的时候，应保持尽可能低的船速，因为罗经的误差会随着船速的增加而增加。应避免航向快速变化；在测量过程中，船只操作的关键原则就是一切都要缓慢而平顺地进行。Simpson（2002）在讨论ADCP测量中的船只操作问题上说过：“请操作者稳定平顺地操作！尽可能减少快速移动和航向变化，那么宽带ADCP的测量结果会更精确。稳定平顺的船舶运动要比直线航行更为重要。” 边缘流量的估算 因为当ADCP靠近岸边的时候，水深变小，不能够正常采集到有效数据，那么有必要使用ADCP流量测量软件估算近岸未测区域流量。如果单个边缘流量超过总流量的5%，那么需要采用另一种测量方法或估算方法来检查边缘流量数据，即测量或预估边缘多点的流速和深度，并用mid-section方法计算出边缘的流量值。如果选用的方法算出的流量与ADCP软件得出的流量一致，那么可以直接采用软件的流量值。如果两者不一致，那么则需要现场工作人员进行判断，在两者之间选取一个更准确的值。选取的测量方法必须在现场测量中进行记录。 水面到每个断面起点和终点的距离需要使用测距设备（如激光或光学测距仪）、标尺线或其他精准的测量设备测量。在测量起点和终点使用标记浮球也有助于提高边缘估算的准确度。当对有直墙堤的渠道边缘部分进行估算时，应遵循测量起点与终点的位置距离直墙的距离不要超过直墙处的水深值，防止因墙面反射造成的主波束或旁瓣干扰。比如，如果直墙堤的水深为10英尺，那么断面测量的起点和终点至少要远离直墙10英尺。 当使用拖拽船的时候，需要使用特定的方法测量边缘距离。桥梁扶手或护栏处可放置距离标记来测量边缘距离，但必须确保正确的视线（图13）。使用笔记本、文件夹或其他具有垂直角的物体来观测桥的垂直方向（图14）。如果拖拽船距离桥太远，无法使用距离标记，那么可以使用具有指南针、倾角仪和“缺线模式”功能的激光测距仪。给定范围、艏向和为每个点测量的垂直角度，缺线模式可以计算出两点间的水平距离。使用此模式时，可以通过选择岸边和断面起点或终点来测量边缘距离（Rehmel and others，2002）。 6 o4 s! S- N& e2 {
图13 使用拖拽船载ADCP测流时的边缘距离的测量 # U; x9 h9 ~# N7 A; x: K% n
图14 使用文件夹垂直桥观测
% a, P- W& m" \7 G& E- u. E 当使用遥控船或者岸端操作的缆道拖拽船，可以用同样的方法测出边缘距离。若上述方法不可用时，在测线上可以安排人员测量近岸的起点距离和离岸的终点距离。比如可以用激光测距仪测得到岸边的距离和到ADCP的距离；然后就能计算岸边到ADCP的距离。 估算边缘的流速数据必须能代表边缘区域的水流。在使用边缘流量计算公式时的假设是最后测量点到岸边的流速是递减的（Fulford and Sauer，1986）。为了获得准确的平均流速来计算近岸区域的流量，船只需要在每个断面的起点和终点保持静止采集至少10组数据。当岸边遇到涡流或回流时，最好的方法是重新选取测量断面以避免以上的情况发生。但是如果必须在一个或多个岸边存在涡流或回流的区域做测量，那么需要捕捉涡流的上游和下游的水流并将情况说明记录在现场文件中（图15）。通常涡流会导致下游的水流远离岸边并沿着岸边向上游或流量负方向流动。由于下游流量包括沿岸向上游移动的流量，当它转向并流回下游时，要考虑这种负流量，否则测得的流量将偏大。因此为了把负流量考虑进去，断面的起点和终点需要在涡流的上游速度部分，这样计算的边缘流量为负。在涡流处，拖拽船很难保持静止采集10组以上的数据来进行边缘区域的平均流速估算。涡流可能会迫使船进入太浅的水域而无法用ADCP测量。因此，建议在每个断面结束前，操作者回顾每个边缘流量，调整用来计算平均流速的数据个数（根据需要），并验证选用的平均流速是否适合该站点。 4 g- z2 K4 l# d4 L
图15 涡流断面合理的起点和终点选择示例图9 q9 a7 G3 w0 v6 r
精确地估算边缘流量要求ADCP操作者正确选取边缘区域形状系数。目前（2013）ADCP厂家的软件支持两种标准边缘形状：（1）倾斜或三角形；（2）垂直或矩形。垂直或矩形的边缘系数是假设为光滑的混凝土墙壁（Oberg and Schimidt，1994）。如果这些选项不适用于所测区域，那么操作者可以在WinRiver II软件下进行自定义系数，或者RiverSurveyor Live软件下人工计算流量菜单下输入自定义系数。在洪水环境下，因为其水深太浅或者存在水生植物，一般很难测量洪水漫滩边缘区域，这样会导致其为一个狭长的边缘形状（图16）。当这种情况发生或是其他非标准边缘形状，如果可以的话流量则需要通过其他方法测量。如果在边缘区域的物理计算不可行，那么水文工作者则要考虑粗糙度和形状的影响，通过对比标准系数来调整现场系数。植被或粗糙度的增加会降低系数。由于与标准形状的偏离，应根据边缘横截面积与标准形状的差距来增加或减少系数。应以最准确的方法估算边缘流量。需要记录未测部分的水流和植被分布，以证明非标准边缘计算的合理性。现场也可拍摄边缘区域的照片用于记录。 5 a/ K- w$ t; ?- e
图16 洪水的漫滩区域，狭长柄状的边缘图形，由于漫滩的植被ADCP无法进行测量（照片来自于加拿大环境的Francois Rainville）
5 I% K T- P* ]' A5 I0 Z4 K
现场记录 现场记录对于ADCP测量很重要，尤其是安装前的准备测试记录、现场环境描述、ADCP软件中的数据验证、各项设置的合理性证明比如算法或边缘形状的选择等。图17为ADCP流量测量表的记录格式，也可以在电子表格中记录，比如表层水流测量和观测（SWAMI）。ADCP操作者应该记录任何可能影响测量的环境因素，包括估算的风速和风向、双向流或非常见水流、过大的波浪或过往船只等。应用ADCP时应参考现存测量记录的官方指导和标准，比如在测量前、后以及测量中的参考水位高度。
' d5 P0 H' b2 x) W- B | 
