水文用声学多普勒剖面流速仪的计量检定

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1、万方数据计量水文用声学多普勒剖面流速仪的计量检定’2008年第2期水文用声学多普勒剖面流速仪的计量检定姚永熙(南京水利水文自动化研究所，江苏南京210012)【摘要】声学多普勒流速剖面仪(ADCP)已在水文测验中推广应用，但ADCP的检定校准问题没有解决。在现有的流速仪检定水槽中，ADCP不能测得可靠的流速参数。本文说明了ADCP流速参数检定校准需要的必要条件，以及国内为检定ADCP应做的工作。提出了对现有流速仪检定水槽的改造建议，以探讨利用现有流速仪检定水槽检定校准ADCP流速参数的可能性。【关键词l水文测验；声学多普勒流速剖面

2、仪；检定【中图分类号】TB9【文献标识码】B【文章编号】1008—1305(2008)02-0008-031问题的提出本文的内容主要适用于水文测验中应用的声学多普勒剖面流速仪(ADCP或ADP等)，以下简称“ADCP”。1．1ADCP工作原理简介(1)测速原理。振源发射的超声波遇到物体后发生反射，如果振源与物体之间有相对运动，振源接收到的反射波频率将发生变化。这种由于振源和反射物体之间的相对运动而产生的接收信号频率相对于振源发射频率的频移现象被称为多普勒效应。测出此频移就能测出物体的运动速度。在测量时，由测量仪器发出辐射波束，再接

3、收被测物体的反射波，测出频移，算出速度。在实际使用时，将水中的悬浮物或小气泡作为反射体，测得其运动速度，也就认为测得了流速。ADCP从发射声波脉冲开始，经不同时间接收到的反射波是相应不同距离处测点的反射。它们的多普勒频移代表声束上各测点的流速，由此测得流速分布。(2)流量测量原理。ADCP在测速的同时测量水流断面或应用已有断面数据，按流速面积法原理计算流量。1．2ADCP在水文测验中的应用上世纪九十年代初水文测验开始引进美国的走．8·航式ADCP，在长江口应用。由于应用效果较好，随着经济、技术力量的增强，以及水文测验工作的需要，本

4、世纪以来，引进数量激增，应用范围已遍及全国。在应用中，水文系统进行了全面的试验，虽然也发现了应用中ADCP可能存在的问题，但总的讲，在适用的范围内，ADCP自动测流的先进性明显，是一种值得在一定范围内推广的测流仪器。目前在很多水文站点的流量测验中，ADCP已成为不可缺少的先进仪器。1．3对ADCP进行计量检定和比测的必要性尽管ADCP的制造商已在仪器的技术材料上说明了仪器的各种技术数据，也包括了各测量参数的测量准确性。但基于以下原因，仍应该对ADCP的各测量参数进行计量检定和比测。(1)水文测验上的要求。各种水文测验规范都要求在使

5、用新方法、新设备对水文参数进行测量时，必须经过充分的比测。需要证明使用新方法、新设备测得的水文参数数据是准确的，并经批准后，方可正式使用这种新方法，新设备。而其中重要的一点就是使用新设备和原来的使用设备进行比测。(2)实际试用结果的需要。走航式ADCP能直接得到流量数据，在实际试用中和常规的流速仪面积法测得的结果，并不完全相符，会出现不同的作者简介：姚永熙(1946年一)，男，教授级高级工程师。万方数据计量水文用声学多普勒剖面流速仪的计量检定2008年第2期系统误差。使用固定式ADCP(主要是水平ADCP)时，还可以和转子式流速仪

6、进行定点流速比测，比测结果也常会出现系统误差。重要的是这些比测不能说明ADCP的仪器性能，要进行正规的计量检定才能真正说明ADCP的参数测量性能。(3)计量上的要求。ADCP测量流速、流量，可以被认为是计量仪器，水量计量的重要性也日益被各方面重视。而计量仪器必须按经批准的计量规程进行计量检定后才能正式使用。这就更提高了对ADCP进行计量检定的必要性。实际上，由于不能准确地确定ADCP的测量准确性，也影响了ADCP的推广应用。使用单位已强烈要求解决ADCP的计量检定问题。2ADCP计量检定和比测的现状目前没有适用的计量检定设备，也没

7、有相应的计量检定规程，国内也没有进行过ADCP的计量检定。2．1ADCP的计量检定和比测要求应用中的ADCP设备实际上是一个流量测量系统。为了测到流量，它同时测量流速分布、水深或水位；为了测得流速，走航式ADCP还需要同时测量船速(底跟踪)、用罗经测量方位、用倾斜计测量倾斜度；还需要测量水温，以修正超声波速，得到准确的流速、水深、水位数据。这些数据都参与了流量计算，因此，要对ADCP进行全面的计量检定，就必须对所测的流速、底跟踪(船速)、水深、水位、水温、方位角、倾斜角进行计量检定，才能保证ADCP的流速、流量计量准确度。2．2A

8、DCP的现场比测方法因为水文测验的要求，也因为没有规定的室内检定比测方法。使用ADCP的单位常应用在流量测量现场(天然河流或渠道中)进行比测的方法来验证ADCP的测流性能和测得数据准确性。常使用的方法是流量比测法和流速比测法。(1)流量比测法。在流