摘要：目前河流流量测量中比较先进的仪器是走航式ADCP，因其测流历时短、效率高得到推广使用，它的使用将在防洪减灾、堤防工程监测等方面发挥巨大的作用。通过对走航式ADCP、单频测深仪比测实验，分析其误差来源和精度，验证了在特殊的水下地形测量过程中，走航式ADCP不仅能完成流量测验同时也可以替代单频测深仪完成水下地形测量任务，从而为走航式ADCP系统应用及推广提供科学的依据。
关键词：ADCP；单频测深仪；比测
中图分类号：TG93 文献标识码：A
1概述
走航式ADCP技术虽然在全国范围内广泛应用于流量测验，但用于断面测量及水下地形测量很少。目前水文测量系统应用的测深技术多种多样，测深仪器的选择面也较为宽广，有国内及国外多家的产品。我们在本文中选择RD—DR0600型ADCP与中海达HD—27单频测深技术进行比测。
2水深测量系统
2.1 HD—27型单频测深仪
HD—27 测深仪为触摸式彩屏显示，操作方便直观，可同步直接显示并存贮坐标和高程数据，可同步显示水深，又可直接得到河底测点高；可用中海达导航软件导航，实现计算机和测深仪合二为一；该仪器比SDH—13D 型测深仪体积更为小巧，固态数据存贮全面实现了无纸化数据管理。
2.1.1 技术特点
（1） 全自动换档与手动换档结合；
（2） 锲入式Windows XP操作系统，测深界面与导航界面合二为一；
（3） 大功率、更稳定，300 W大功率，尤其适合复杂水域作业；
（4）自动增益控制；
（5） 符合国际趋势的数字化图像处理技术，电子图像显示、记录、回放、打印；
（6）高速A/D转换，采样速率153 600次/s，瀑布式显示。
2.1.2性能指标
（1）环境：工作温度—30 ～ 60℃，防水；
（2）供电电源：直流12 V或交流220 V，功耗20 W；
（3）内置1000 M海量电子存贮器；
（4）高亮度12寸液晶显示屏，分辨率800×600；
（5）吃水调整范围：0.0 ～ 9.0 m ；
（6）分辨率：1cm；
（7）测深精度：±2 cm+0.1%；
（8）测深范围：0.3 ～ 600 m；
（9）发射功率：300 W ；
（10）工作频率：200 KHz；
缺点：单频测深仪HD—27为水下地形线性测量仪器，在两条测线之间存在一定的盲区，为了使盲区的区域降低，只能采取加密测线的方法，但是这样会成倍增加工作量。
2.2 RD—DR0600型ADCP
2.2.1水深测量原理概述
ADCP用于河流测量已有十几年历史，整个测量系统包括三个主要部分：① ADCP；②电脑；（装有WINDOWS操作系统）；③ 数据采集软件。软件主要功能包括：实时数据采集和显示，以及流量计算。实时显示的数据有流速矢量，水深，航迹，流量等。实时测量结果还可以列表显示。
RD—DR0600型ADCP是一种利用声学多普勒效应原理测量水流速度剖面的仪器。ADCP一般配备有4个换能器，换能器与ADCP轴线成一定夹角，每个换能器即是发射器又是接收器。换能器向水体发射一个（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微粒后产生反射波，并记录发射波与反射波之间的频率改变，这个频率改变即称多普勒频率，可据此计算出水流相对于ADCP的速度。同时，还向河底发射低跟踪声脉冲，测出装载ADCP的测船的运动速度以及水深，然后将水流相对速度扣除船速得到水流的绝对速度。
2.2.2 技术优点
采用了RDI公司的宽带信号处理专利技术，在保证精度的前提下，提高了流速测量的空间和时间分辨率；高含沙量意味着水体对声波能量的吸收增强，这时需要采用较低频率的系统才能达到较大的剖面深度和保持底跟踪。然而一般低频系统分辨率较低。由于采用了宽带信号处理专利技术，RDI 较低频率的系统（600 kHz）在较高含沙量情况下具有较好的穿透性，并且分辨率较高；对较高含沙量河流适用性较好；采用“零盲区”技术；“瑞江” 600 kHz ADCP采用12伏汽车蓄电池供电，十分方便；系统可靠性好，故障率低。
2.2.3 技术指标（标准工作模式（Mode 1））最小盲区：0.25m最小单元长度：0.5m
流速量程：±3.0（默认）±20.0（最大） 测深范围： 0.7～75m
缺点：主要用于流量测验，受河床质地、船只材料等影响相对较大且水深数据摘录较复杂。
3比测实验
3.1测验河段概况
位于西江中下游的重要控制站高要水文站附近，该河段沙质河床，河宽约900m，平均水深约16m，中弘附近河底高程为—8～—16m之间。
3.2比测情况
为了寻求误差来源和进行精度分析，利用中海达HD—27单频测深仪、RD—DR0600型ADCP对西江高要河段进行水下地形比测。（HD—27测深仪与水文常规SH—100PA型数字测深仪已做过比测，相对误差≤3的点子达98%，精度较高，这里不做叙述）具体比测情况：
（1）以中海达HD—27单频测深仪标准，测量河道断面，利用它结合全站仪或GPS与ADCP结合GPS在同一坐标点分别进行比测，验证了ADCP测深系统的连续精度。
（2）以中海达HD—27单频测深仪为标准，利用它与ADCP在同一地方分别在河段范围内按不同水位级进行比测，验证了ADCP测深系统的精度。
4精度评定
以勘察设计技术标准等规范要求，“……超声波测深仪测深在使用前应进行现场比测，比测点不宜小于30个，并宜均匀分布在各级水位不同水深的垂线处，但比测的相对随机不确定度不超过2%，相对误差能控制在±1%范围内……”作为评定误差的参考。
4.1以5m为单位，在不同水位级应用中海达HD—27单频测深仪与ADCP按水深等级进行定点比测，精度如表1：
分析产生误差主要原因可能有：1、两种方法测量时经受自然条件的影响程度不同导致结果偏差不同；2、两种仪器的抗干扰性不同也产生结果偏差。对于这种点在工程测量中需要用后处理软件剔除，方可达到正常效果。根据此次比测结果认为该仪器相对精度较高。
4.2河段断面及水下地形测量
4.2.1水下地形测量精度分析
采用徕卡1200GPS测量系统，ADCP、HD—27测深仪两种仪器对相同的小块水域（测区范围180m×900m）同时进行测量，抽取两者的原始数据中坐标接近的测点水深（X、Y相差不超过0.5米）进行比较，对照成果精度（见表2）在规范允许的范围内，认为合理。
4.2.2河段断面测量精度分析
按比测情况（2）点，采用二种测深仪器同测一断面（增加常规数字测深仪器数据）比较图及面积、平均水深见下图表（注：岸上部分地形借用该河段原有资料）：
从以上实测断面及面积、平均水深对比成果看出：面积在各水位级与常规测深仪最大相差200 m3，平均水深最大相差0.19m。表明三种测深系统之间相对误差较小，满足规范要求，在一般情况下可以相互替代使用。
结语
比测分析和实践证明：ADCP具有单频测深仪测深功能，如走航式ADCP开发出数据转换软件并连接差分GPS，在特殊水情的环境下，它不仅发挥出测流历时短、效率高的特点，而且还同时监测到流量测验河段的水下地形，它的使用将在防洪减灾、堤防工程监测、水下地形测量等方面发挥巨大的作用，也将为ADCP的推广、普及应用积累宝贵的经验和提供技术支撑。
参考文献
[1]《河流流量测验规范》中国水利水电出版社， 1993.
[2]《水文测验手册》水利电力出版社， 1980.