微型走航式测流仪SONTEK-RS5高效完成河南水文应急演练测验任务 - 声学多普勒流速仪走航式测流时水流速度过小

Z: q) Z& N, j0 T- F

——赵博

+ O. d4 p1 q5 |4 }9 l! ^

前

言

7 O7 Y9 N) S- u( q+ p% l

2023 年入夏开始，我国气候便受到冷暖气流和台风杜苏芮共同影响，诸多地区不同程度地承受了多日暴雨侵袭，导致水淹损失巨大，令人心痛。在暴雨袭击之时、洪水泛滥之际，我们总能看到全国各地的水文工作者们勇于担当、主动出战并且冲锋在险情的前线，他们值得社会给予更多地赞誉、关注与支持。

其实，在每年汛期之前全国的水文部门都早已厉兵秣马，为了有效地提升水文应急监测的技术水平和应对突发雨情事件应急监测的实践能力，已经开展多次不同规模的应急演练，意义重大。一方面，不断积累应急监测的实战经验；另一方面，持续探索并掌握着引领市场的高精技术。比如，河南省水文水资源测报中心在今年 3~5 月份，就曾多次组织全省范围的工作人员携同新型水文装备，齐聚在漯河市郊进行一场又一场的大规模水文应急测报演练。

# e- a# q0 R! m' T8 J: t" R

如何在水文抢险中，更快速、更便捷并且更安全地掌握河水位、流速和流量的真实数据，是每位奋战水文前线的工作者们特别关心且持续提升的一项重要内容。科学的应急工具是他们执行任务的有利武器，前沿的技术装备才能够推动水文勘察和测报水平迈向更高的阶层。

演

5 z0 X! r' q4 t% r

练

$ p! n* z& F9 P n

任

务

( M0 y( Z4 }. E# t. F. S: o! |

2023 年 3 月底，河南省水文的一次演练由省水利厅主办，并由省水文水资源中心承办。

: ]% I7 s2 U' p( w

演练任务涵盖临时水位站的速建、缆道测流、遥控船测流、雷达测流等主要应急监测内容，以及各种走航式 ADCP、无人机、水陆两用车等重要装备展示及使用。

演练任务要求现场工作人员采用无人船和橡皮艇牵引多普勒流速剖面仪开展流量测验，运用 GPS 进行局部地形测量。必须准确地测验水位、流量等多要素水文数据，其中各种新型设备测流结果

1 s6 o! l6 e& v

误差在 5% 以内。火热的水文测验演练现场 赵博 摄尽管测验数据优异，但是 RS5 能够快速获得准确数据，对于 RS5 巡测数次的技术人员而言，似乎并没有什么惊奇之处。RS5 强大的性能，高频的测流多声束加上独立测深声束，轻小的体积结合宽带/脉冲相干模式，再组合 SonTek 技术-智能脉冲 smartpulse 功能，我们认为 RS5 产品表现就应该如此优异。甚至，RS5 在本次演练中还能表现得更好。

SonTek-RS5 赛莱默受邀参与本次水文测验演练，协同支持现场的 ADCP 技术工作。涵盖旗下品牌 SONTEK 产品 RiverSurveyor® M9、FlowTracker2® Handle ADV 以及“新一代”的微型走航式声学多普勒剖面测流仪 RS5，三款测流产品均获得了河南省水文局的好评，本文将重点阐述 RS5 产品在演练中的测验情况。

产

7 j/ |) o6 r/ M* x

品

介

+ Y/ K3 ?7 @* M8 q% Z

绍

' Y3 A1 e) x+ V$ q7 v% T

01

概述

9 J$ I- V2 ?" Y+ ? j9 o

SonTek 旗下的走航式测流仪 RS5 的研发是基于倍受好评的 Riversurveyor®  live（M9）平台基础之上，在软件处理和硬件设计方面进行又一次革新升级。其上市不到三年时间里，便以精巧轻便、高效准确的性能特点，再次受到国内外水文测验者的青睐。

RS5 产品定位于中浅水域流量精准勘测，尤其超浅水漫滩河道，即使低至 0.1 米的水深环境也可以为用户提供流量勘测的精确数据。

8 j. t" W m( X

SonTek 工厂提供 GNSS 的可选套装项，以及单体船和遥控船的两类不同船载装配，满足不同用户的测验需求。

# w" D' V9 O7 M' _1 u

SonTek-RS5

尽管测验数据优异，但是 RS5 能够快速获得准确数据，对于 RS5 巡测数次的技术人员而言，似乎并没有什么惊奇之处。RS5 强大的性能，高频的测流多声束加上独立测深声束，轻小的体积结合宽带/脉冲相干模式，再组合 SonTek 技术-智能脉冲 smartpulse 功能，我们认为 RS5 产品表现就应该如此优异。甚至，RS5 在本次演练中还能表现得更好。

02

L0 ^7 M% \3 a1 n" i6 x9 }

性能

RS5 是迄今为止的市场上体积更小、质量更轻且数据更高清的走航式 ADCP。注：在水中质量仅 0.15kg。

; ~* V6 ?/ c/ V: J% Q: l

整体测流装备（含船）可在一个便携背包里存放，轻松在不同场所转移测验。

1 M1 \+ N c3 E' F

内置高频 3MHz 四测流的声波换能器和一束测深的声波换能器

具备 360° 罗盘、双轴倾斜传感器以及温度传感器

8 \7 k* P) X C2 N

具备 SmartPulse 功能，结合前沿的脉冲相干(PC)和宽带(BB)智能声学处理技术模型，可利用环境自动调整的测流剖面分析的能力

高精度的底跟踪和测流剖面分析，可在各种环境条件下进行且适合更浅区域

内置电池安装设计和无线蓝牙通讯，无需额外连接外部通讯模块

- k4 }( a4 {0 L& o/ T

高效率、低功耗的蓝牙 BLE5 无线通讯，支持百米的通讯距离（视环境）

支持断讯五分钟，数据自动缓冲补发机制，可防止数据丢失和冗余工作

独立的中央测深声束，高效地断面测绘，为流量勘测提供更精确的过水面积

* a+ j6 A2 \8 P0 K+ K

内置并可直接应用外延算法得选项，可输出断面图形

支持波束筛选功能，当测流过程中某一波束受到环境干扰时，可针对性屏蔽掉该时段该波束数据信息

支持走航式、定点式、环形法、SMBA多种流量测验模式，不再需额外费用

具备功能丰富、交互友好的可视化数据后处理软件 RSQ，可提供用户所需的所有数据信息，导出格式可以 为Excel、Matlab 和 GoogleEarth 多种形式。加强的页面功能模板，用户可用更少的时间做更多的事情。支持在如在办公室内“演示”模式播放和模拟实时数据采集的录制文件

支持GNSS全球导航卫星系统和RTK实时高清动态差分定位系统

检

* x- H3 ]1 x, F

测

成

果

2023 年 3 月的演练选址是漯河市郊沙河的一个测站，各种新型设备纷纷“试训”，为即将到来的汛期作准备。参加人员有 200 多人，共划分成 19 支水文应急测报队伍，并分配了新增加的 253 套新型装备。要求所有参加演练水文人员在断面进行的流量测验，结果误差必须≤5%。

3 S6 @) o( x8 A+ x6 [) F+ b

RS5 的最终测流结果优异，近十余套的航次误差均满足了 5% 要求。其中，最小测流误差仅 2‰，最大的测流误差不超过 4%。

演

练

1 U, `7 _7 ]+ W/ H# \" V& I9 K

心

得

6 P1 @5 v4 B# U

如何在水文抢险中，更快速、更便捷并且更安全地掌握河水位、流速和流量的真实数据，是每位奋战水文前线的工作者们特别关心且持续提升的一项重要内容。科学的应急工具是他们执行任务的有利武器，前沿的技术装备才能够推动水文勘察和测报水平迈向更高的阶层。

# Y; u$ ~! s2 L% ~+ ~' E3 k

在五分钟以内，现场河南水文分中心工作人员通过 RS5 都能快速完成近百米河宽的两个航测，并且实测面积比率大，误差范围小（都在 5%以内），高效完成了本次所担负的测流演练任务，最小一组航测的测流误差仅为 2‰。

i3 }7 V2 J. Y, q6 A

尽管本次数据优异，但是 RS5 能够快速得出以上的成绩，对于 RS5 巡测数次的技术人员而言，似乎并没有什么惊奇之处。如上述介绍的 RS5 强大的性能，高频的测流多声束加上独立测深声束，轻小的体积结合宽带/脉冲相干模式，再组合 SonTek 专利技术-智能脉冲 smartpulse 功能，我们认为 RS5 产品表现就应该如此优异。甚至，RS5 在本次演练中还能表现再好一点。

因为用户在演练过程中，我们注意到现场一些经常被忽略的细节，当然也不仅仅只有漯河现场存在。如果在实际水文勘测时可以规范这些操作细节，那么测流数据的质量仍会增益很多。因此，特汇总几点如下：

入水深度设置的问题：

RS5 搭载在船体上，在现场应该尽可能的减小 RS5 传感器的入水深度，除非表层湍流很大或漂浮物很多的水体。比如搭载 SONTEK 原厂船载，常见的 RS5 设置在 0.05-0.08m 之间。

效果：尽量发挥 RS5 质量轻，体积小的特点。RS5 上盲区远远小于其它走航式 ADCP，覆盖区域越多，测验浅测流代表性越高。

河岸的起点距和终点的设置问题：USGS 文章建议两个或以上的流速剖面单元，并使每个河岸的流量小于 5%。

效果：尽量发挥 RS5 最小剖面单元大小 2.5cm 的优势。相比其它的走航式 ADCP，RS5 能够相测出更浅的岸边范围，直接有效增大实测面积。实测面积体现在报告中的实测百分比，实测百分比数值越高，置信度越好。

航迹线的问题：

两岸的起始位和结束位应该尽可能的一致，并且测量过程中的航迹宜直线行驶测验，并且船向不宜频繁摆动。

效果：降低不同航次之间，因为环境和操作造成的测流偏差。现场有出现类似问题，本可避免。具详细请参考《SL 337-2006 声学多普勒流量测验规范》指南。

3 B3 \( I- @) ?- `

断讯后的正确操作方式：本次演练中，现场有的两岸距离超过了 100m，并且现场存在多台 RS5 同时蓝牙无线传输，多少造成了通讯信号干扰。个别的 RS5 出现信号不良或中断的情况，可惜现场人员当即中断并重新开始了选址和测流。其实这种情况，无需要多担心。即便 RS5 信号中断，请不要停下来，继续航测，RS5 数据会自动补传到 PC 机的。

效果：即便在通讯信号丢失的情况下，得益于 RS5 数据的五分钟数据自动缓冲补发机制，测验仍然可以正常进行，五分钟内重新连接成功后数据不会丢失。RS5 不易因现场通讯环境，造成数据丢失或时间的浪费。

, ?( j2 a! y: D/ Y7 G( }! W Y9 g- N

RS5 操作的自动化程度非常高，但是您在离开现场之前，宜对测量结果进行一下简要处理和评估，然后请及时下载存储数据。

$ I0 _- J- v x4 Z( }+ H) M! Z/ k

效果：RS5 具备五分钟数据自动缓冲补发机制，数据保存仍然在电脑终端，测量结束后下载数据后再关闭软件，杜绝造成不必要的数据丢失和重测风险。

6 i& S6 L/ {* n2 z! x& V q; [) d$ z: V; q. U

前期选址和环境调查：

4 {. {. X3 i- T& W* g: V

任何瞬时测流装备测验前，断面选址都是收集高质量流量测量的重中之重，走航式 ADCP 也不列外。根据《河流流量测验规范》GB 50179-2015 要求，宜选取无回流、死水、乱流等现象的测验河段，确保测验河段顺直，断面布设垂直平均水流方向，减少客观因素对横向流量测验相关关系分析影响。对于 ADCP 而言，建议提前调研现场环境如磁场环境、走底情况以及 GPS 等信号情况等。

效果：前期测验断面选址和环境断面调研是最容易被现场忽略，但却是测流特别重要的一个环节。前期选址合理和掌握的环境信息的程度，直接决定勘测数据的质量好坏。

思

考

我国江河众多，地势南低北高，水域流经不同的气候和地形，形成的天然条件千差万别。每当应对不同环境下的紧急汛情时，身临一线的水文作业者都必须迅速取舍身边的勘测工具。因此，即便您已经有了其它流量仪，您可曾考虑您是否真的还需要一台 RS5 呢？这个问题真的只能由您来回答，但我们会留给您几个思考的话题：

4 }( \% f- G# p+ M& W+ E

您需要真正高清的流速剖析数据，以判断洪峰到来的时刻吗？

) V# ?' e4 n" u- O5 }" m E

您有极浅水域、水草掺杂、沙石遍布的测站，还在涉水测验吗？

0 C$ p/ u1 A1 s& t7 w! Q

您的测站是否存在潜在安全隐患，微型或远程船是否能更安全收集数据？

& S- X; Q; g7 G% m# S P

面对冗多的断面固定式测流仪，每年大量的率定分析作业。您是否因为率定工具耗时测量、沉重转运，繁琐重组操作而牵绊不已？

您是否有过这样的测验经历，在野外抢险当口，因测流通讯中断而被迫重启整个测验？

# s, {) d) C9 @# {: g8 c4 z

如果您对上述任何一个问题的答复是肯定的，那么这台微型走航式声学多普勒 RS5 应该会切实地帮助到您。

7 V8 w) j: z, E) K" C0 S' G

参考文献：

[1] 声学多普勒流量测验规范[ICS 17.120]．发行单位：中国水利水电出版社 2006.07

[2] T/CHES 61—2021声学多普勒流量测验规范.起草单位：水利部长江水利委员会水文局；参编单位：水利部黄河水

利委员会水文局 上海市水文总站 黑龙江省水文局 河海大学；标准号分类：17.120.01流体流量测量综合

[3] SonTek RS5技术文件. XA00136.2023；SonTek-RS5:Robust Data From the World’s Smallest ADCP

- `7 E$ D$ j6 @+ r 5 ]. p+ q/ t3 ?9 I6 b7 e ! M, Z* c0 M8 M7 q0 I. B