前言
2023 年入夏開始，我國氣候便受到冷暖氣流和臺風(fēng)杜蘇芮共同影響，諸多地區(qū)不同程度地承受了多日暴雨侵襲，導(dǎo)致水淹損失巨大。
其實，在每年汛期之前全國的水文部門都早已厲兵秣馬，為了有效地提升水文應(yīng)急監(jiān)測的技術(shù)水平和應(yīng)對突發(fā)雨情事件應(yīng)急監(jiān)測的實踐能力，已經(jīng)開展多次不同規(guī)模的應(yīng)急演練，意義重大。一方面，不斷積累應(yīng)急監(jiān)測的實戰(zhàn)經(jīng)驗；另一方面，持續(xù)探索并掌握著引領(lǐng)市場的高精技術(shù)。比如，河南省水文水資源測報中心在2023年 3~5 月份，就曾多次組織全省范圍的工作人員攜同新型水文裝備，齊聚在漯河市郊進行一場又一場的大規(guī)模水文應(yīng)急測報演練。
如何在水文搶險中，更快速、更便捷并且更安全地掌握河水位、流速和流量的真實數(shù)據(jù)，是每位奮戰(zhàn)水文前線的工作者們特別關(guān)心且持續(xù)提升的一項重要內(nèi)容?？茖W(xué)的應(yīng)急工具是他們執(zhí)行任務(wù)的有利工具，前沿的技術(shù)裝備才能夠推動水文勘察和測報水平邁向更高的階層。
演練任務(wù)
2023 年 3 月底，河南省水文的一次演練由省水利廳主辦，并由省水文水資源中心承辦。
演練任務(wù)涵蓋臨時水位站的速建、纜道測流、遙控船測流、雷達測流等主要應(yīng)急監(jiān)測內(nèi)容，以及各種走航式 ADCP、無人機、水陸兩用車等重要裝備展示及使用。
演練任務(wù)要求現(xiàn)場工作人員采用無人船和橡皮艇牽引多普勒流速剖面儀開展流量測驗，運用 GPS 進行局部地形測量。必須準確地測驗水位、流量等多要素水文數(shù)據(jù)，其中各種新型設(shè)備測流結(jié)果
誤差在 5% 以內(nèi)?；馃岬乃臏y驗演練現(xiàn)場 趙博 攝盡管測驗數(shù)據(jù)優(yōu)異，但是 RS5 能夠快速獲得準確數(shù)據(jù)，對于 RS5 巡測數(shù)次的技術(shù)人員而言，似乎并沒有什么驚奇之處。RS5 強大的性能，高頻的測流多聲束加上獨立測深聲束，輕小的體積結(jié)合寬帶/脈沖相干模式，再組合 SonTek 技術(shù)-智能脈沖 smartpulse 功能，我們認為 RS5 產(chǎn)品表現(xiàn)就應(yīng)該如此優(yōu)異。甚至，RS5 在本次演練中還能表現(xiàn)得更好。
SonTek-RS5 賽萊默受邀參與本次水文測驗演練，協(xié)同支持現(xiàn)場的 ADCP 技術(shù)工作。涵蓋旗下品牌SONTEK產(chǎn)品RiverSurveyor®M9\FlowTracker2®Handle ADV 以及“新一代”的微型走航式聲學(xué)多普勒剖面測流儀 RS5，三款測流產(chǎn)品均獲得了河南省水文局的好評，本文將重點闡述 RS5 產(chǎn)品在演練中的測驗情況。
產(chǎn)品介紹
1 概述
SonTek 旗下的走航式測流儀 RS5 的研發(fā)是基于倍受好評的 Riversurveyor® live（M9）平臺基礎(chǔ)之上，在軟件處理和硬件設(shè)計方面進行又一次革新升級。其上市不到三年時間里，便以精巧輕便、高效準確的性能特點，再次受到國內(nèi)外水文測驗者的青睞。
RS5 產(chǎn)品定位于中淺水域流量精準勘測，尤其超淺水漫灘河道，即使低至 0.1 米的水深環(huán)境也可以為用戶提供流量勘測的精確數(shù)據(jù)。
SonTek 工廠提供 GNSS 的可選套裝項，以及單體船和遙控船的兩類不同船載裝配，滿足不同用戶的測驗需求。
SonTek-RS5
盡管測驗數(shù)據(jù)優(yōu)異，但是 RS5 能夠快速獲得準確數(shù)據(jù)，對于 RS5 巡測數(shù)次的技術(shù)人員而言，似乎并沒有什么驚奇之處。RS5 強大的性能，高頻的測流多聲束加上獨立測深聲束，輕小的體積結(jié)合寬帶/脈沖相干模式，再組合 SonTek 技術(shù)-智能脈沖 smartpulse 功能，我們認為 RS5 產(chǎn)品表現(xiàn)就應(yīng)該如此優(yōu)異。甚至，RS5 在本次演練中還能表現(xiàn)得更好。
2 性能
RS5 是迄今為止的市場上體積更小、質(zhì)量更輕且數(shù)據(jù)更高清的走航式 ADCP。注：在水中質(zhì)量僅 0.15kg。
整體測流裝備（含船）可在一個便攜背包里存放，輕松在不同場所轉(zhuǎn)移測驗。
內(nèi)置高頻 3MHz 四測流的聲波換能器和一束測深的聲波換能器
具備 360° 羅盤、雙軸傾斜傳感器以及溫度傳感器
具備 SmartPulse 功能，結(jié)合前沿的脈沖相干(PC)和寬帶(BB)智能聲學(xué)處理技術(shù)模型，可利用環(huán)境自動調(diào)整的測流剖面分析的能力
高精度的底跟蹤和測流剖面分析，可在各種環(huán)境條件下進行且適合更淺區(qū)域
內(nèi)置電池安裝設(shè)計和無線藍牙通訊，無需額外連接外部通訊模塊
高效率、低功耗的藍牙 BLE5 無線通訊，支持百米的通訊距離（視環(huán)境）
支持斷訊五分鐘，數(shù)據(jù)自動緩沖補發(fā)機制，可防止數(shù)據(jù)丟失和冗余工作
獨立的中央測深聲束，高效地斷面測繪，為流量勘測提供更精確的過水面積
內(nèi)置并可直接應(yīng)用外延算法得選項，可輸出斷面圖形
支持波束篩選功能，當(dāng)測流過程中某一波束受到環(huán)境干擾時，可針對性屏蔽掉該時段該波束數(shù)據(jù)信息
支持走航式、定點式、環(huán)形法、SMBA多種流量測驗?zāi)Ｊ剑辉傩桀~外費用
具備功能豐富、交互友好的可視化數(shù)據(jù)后處理軟件 RSQ，可提供用戶所需的所有數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)出格式可以 為Excel、Matlab 和 GoogleEarth 多種形式。加強的頁面功能模板，用戶可用更少的時間做更多的事情。支持在如在辦公室內(nèi)“演示”模式播放和模擬實時數(shù)據(jù)采集的錄制文件
支持GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和RTK實時高清動態(tài)差分定位系統(tǒng)
檢測成果
2023 年 3 月的演練選址是漯河市郊沙河的一個測站，各種新型設(shè)備紛紛“試訓(xùn)”，為即將到來的汛期作準備。參加人員有 200 多人，共劃分成 19 支水文應(yīng)急測報隊伍，并分配了新增加的 253 套新型裝備。要求所有參加演練水文人員在斷面進行的流量測驗，結(jié)果誤差必須≤5%。
RS5 的最終測流結(jié)果優(yōu)異，近十余套的航次誤差均滿足了 5% 要求。其中，最小測流誤差僅 2‰，最大的測流誤差不超過 4%。
演練心得
如何在水文搶險中，更快速、更便捷并且更安全地掌握河水位、流速和流量的真實數(shù)據(jù)，是每位奮戰(zhàn)水文前線的工作者們特別關(guān)心且持續(xù)提升的一項重要內(nèi)容。科學(xué)的應(yīng)急工具是他們執(zhí)行任務(wù)的有利工具，前沿的技術(shù)裝備才能夠推動水文勘察和測報水平邁向更高的階層。
在五分鐘以內(nèi)，現(xiàn)場河南水文分中心工作人員通過 RS5 都能快速完成近百米河寬的兩個航測，并且實測面積比率大，誤差范圍?。ǘ荚?5%以內(nèi)），高效完成了本次所擔(dān)負的測流演練任務(wù)，最小一組航測的測流誤差僅為 2‰。
盡管本次數(shù)據(jù)優(yōu)異，但是 RS5 能夠快速得出以上的成績，對于 RS5 巡測數(shù)次的技術(shù)人員而言，似乎并沒有什么驚奇之處。如上述介紹的 RS5 強大的性能，高頻的測流多聲束加上獨立測深聲束，輕小的體積結(jié)合寬帶/脈沖相干模式，再組合 SonTek 技術(shù)-智能脈沖 smartpulse 功能，我們認為 RS5 產(chǎn)品表現(xiàn)就應(yīng)該如此優(yōu)異。甚至，RS5 在本次演練中還能表現(xiàn)再好一點。
因為用戶在演練過程中，我們注意到現(xiàn)場一些經(jīng)常被忽略的細節(jié)，當(dāng)然也不僅僅只有漯河現(xiàn)場存在。如果在實際水文勘測時可以規(guī)范這些操作細節(jié)，那么測流數(shù)據(jù)的質(zhì)量仍會增益很多。因此，特匯總幾點如下：
入水深度設(shè)置的問題：RS5 搭載在船體上，在現(xiàn)場應(yīng)該盡可能的減小 RS5 傳感器的入水深度，除非表層湍流很大或漂浮物很多的水體。比如搭載 SONTEK 原廠船載，常見的 RS5 設(shè)置在 0.05-0.08m 之間。
效果：盡量發(fā)揮 RS5 質(zhì)量輕，體積小的特點。RS5 上盲區(qū)遠遠小于其它走航式 ADCP，覆蓋區(qū)域越多，測驗淺測流代表性越高。
河岸的起點距和終點的設(shè)置問題：USGS 文章建議兩個或以上的流速剖面單元，并使每個河岸的流量小于 5%。
效果：盡量發(fā)揮 RS5 最小剖面單元大小 2.5cm 的優(yōu)勢。相比其它的走航式 ADCP，RS5 能夠相測出更淺的岸邊范圍，直接有效增大實測面積。實測面積體現(xiàn)在報告中的實測百分比，實測百分比數(shù)值越高，置信度越好。
航跡線的問題：兩岸的起始位和結(jié)束位應(yīng)該盡可能的一致，并且測量過程中的航跡宜直線行駛測驗，并且船向不宜頻繁擺動。
效果：降低不同航次之間，因為環(huán)境和操作造成的測流偏差?，F(xiàn)場有出現(xiàn)類似問題，本可避免。具詳細請參考《SL 337-2006 聲學(xué)多普勒流量測驗規(guī)范》指南。
斷訊后的正確操作方式：本次演練中，現(xiàn)場有的兩岸距離超過了 100m，并且現(xiàn)場存在多臺 RS5 同時藍牙無線傳輸，多少造成了通訊信號干擾。個別的 RS5 出現(xiàn)信號不良或中斷的情況，可惜現(xiàn)場人員當(dāng)即中斷并重新開始了選址和測流。其實這種情況，無需要多擔(dān)心。即便 RS5 信號中斷，請不要停下來，繼續(xù)航測，RS5 數(shù)據(jù)會自動補傳到 PC 機的。
效果：即便在通訊信號丟失的情況下，得益于 RS5 數(shù)據(jù)的五分鐘數(shù)據(jù)自動緩沖補發(fā)機制，測驗仍然可以正常進行，五分鐘內(nèi)重新連接成功后數(shù)據(jù)不會丟失。RS5 不易因現(xiàn)場通訊環(huán)境，造成數(shù)據(jù)丟失或時間的浪費。
RS5 操作的自動化程度非常高，但是您在離開現(xiàn)場之前，宜對測量結(jié)果進行一下簡要處理和評估，然后請及時下載存儲數(shù)據(jù)。
效果：RS5 具備五分鐘數(shù)據(jù)自動緩沖補發(fā)機制，數(shù)據(jù)保存仍然在電腦終端，測量結(jié)束后下載數(shù)據(jù)后再關(guān)閉軟件，杜絕造成不必要的數(shù)據(jù)丟失和重測風(fēng)險。
前期選址和環(huán)境調(diào)查：任何瞬時測流裝備測驗前，斷面選址都是收集高質(zhì)量流量測量的重中之重，走航式 ADCP 也不列外。根據(jù)《河流流量測驗規(guī)范》GB 50179-2015 要求，宜選取無回流、死水、亂流等現(xiàn)象的測驗河段，確保測驗河段順直，斷面布設(shè)垂直平均水流方向，減少客觀因素對橫向流量測驗相關(guān)關(guān)系分析影響。對于 ADCP 而言，建議提前調(diào)研現(xiàn)場環(huán)境如磁場環(huán)境、走底情況以及 GPS 等信號情況等。
效果：前期測驗斷面選址和環(huán)境斷面調(diào)研是最容易被現(xiàn)場忽略，但卻是測流特別重要的一個環(huán)節(jié)。前期選址合理和掌握的環(huán)境信息的程度，直接決定勘測數(shù)據(jù)的質(zhì)量好壞。
思考
我國江河眾多，地勢南低北高，水域流經(jīng)不同的氣候和地形，形成的天然條件千差萬別。每當(dāng)應(yīng)對不同環(huán)境下的緊急汛情時，身臨一線的水文作業(yè)者都必須迅速取舍身邊的勘測工具。因此，即便您已經(jīng)有了其它流量儀，您可曾考慮您是否真的還需要一臺 RS5 呢？這個問題真的只能由您來回答，但我們會留給您幾個思考的話題：
您需要真正高清的流速剖析數(shù)據(jù)，以判斷洪峰到來的時刻嗎？
您有極淺水域、水草摻雜、沙石遍布的測站，還在涉水測驗嗎？
您的測站是否存在潛在安全隱患，微型或遠程船是否能更安全收集數(shù)據(jù)？
面對冗多的斷面固定式測流儀，每年大量的率定分析作業(yè)。您是否因為率定工具耗時測量、沉重轉(zhuǎn)運，繁瑣重組操作而牽絆不已？
您是否有過這樣的測驗經(jīng)歷，在野外搶險當(dāng)口，因測流通訊中斷而被迫重啟整個測驗？
如果您對上述任何一個問題的答復(fù)是肯定的，那么這臺微型走航式聲學(xué)多普勒 RS5 應(yīng)該會切實地幫助到您。
參考文獻：
[1] 聲學(xué)多普勒流量測驗規(guī)范[ICS 17.120]．發(fā)行單位：中國水利水電出版社 2006.07
[2] T/CHES 61—2021聲學(xué)多普勒流量測驗規(guī)范.起草單位：水利部長江水利委員會水文局；參編單位：水利部黃河水
利委員會水文局 上海市水文總站 黑龍江省水文局 河海大學(xué)；標準號分類：17.120.01流體流量測量綜合
[3] SonTek RS5技術(shù)文件. XA00136.2023；SonTek-RS5:Robust Data From the World’s Smallest ADCP
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