走航式adcp在水文测验中的应用浅识-1

《走航式adcp在水文测验中的应用浅识-1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、走航式ADCP在水文测验中的应用浅识【摘要】过去，水文工作者大量使用单点式流速仪测量流速；现在，我们手中增加了一种先进的测流仪——声学多普勒测流剖面仪，它对于水文测验工作来说，确实是一项革命性的先进技术，相信在不久的将来，它会获得十分广泛的应用本文通过阐述ADCP的基本原理和应用方式，说明采用ADCP进行水文测验具有高频、高效的特点，其成果精度高可靠度高。随着水文巡测的开展，水文测验要求的提高，推广ADCP在水文测验中的应用在技术和规范方面存在着局限性。建议尽快制定相关规范规定，推动水文现代化进程。关键词：ADCP阿坝水文测验1.走航式ADCP的基

2、本原理ADCP是声学多普勒流速剖面仪的英文简称，即AcousticDopplerCurrentProfilers，它是由美国RDI公司于20世纪80年代研制出来的新仪器。1.1声学多普勒原理：声学多普勒效应就是，当声源与接受物体以相对速度V相对运动时，接受物体所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同，称之为多普勒效应。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。1.1.1走航式ADCP测量原理：ADCP利用声学多普勒效应进行测流。换能器发射出一定频率的脉冲，该脉冲碰到水体中的悬浮物质后产生后向散射回波信

3、号，该信号为ADCP所接收。悬浮物质随流而漂移，使该回波信号的频率与发射的频率之间产生一个频差，即多普勒频移：Fd：声学多普勒频率Fs：发射声波的频率V：颗粒物沿声波方向的移动速度C：声波在水中的传播速度从理论上讲，走航式ADCP流量测量原理与传统的人工船测或缆道测量等的基本原理一样：在测流断面上布设多条垂线，在每条垂线处测量水深并测量多点的流速，计算得到垂线的平均流速。走航式ADCP实测的是断面中部区域内的流速，这个区域称为ADCP实测区。另有四个小区域（①水面区域：厚度为ADCP换能器的入水深度加上ADCP的盲区。6②河底区域：河底接口对声波的

4、干扰而造成的盲区，或者称之为旁瓣区。③岸边区域：由于靠岸边水较浅，测量船只不能靠近而造成不能直接测量），由于测船不能靠近，或者因ADCP本身的原因，不能实测，称为非实测区。水面、河底区域、岸边区域的流量可通过实测区资料的外延来估算。河2.走航式ADCP的特点⑴传统测量方法是采用静态方式，无论是人工船测、缆道测量等等，仪器总是固定于所测垂线上进行测量，而ADCP是动态测量方法，随测量船只运动过程中进行测量，不受河宽的限制。⑵传统方法的测流断面通常要求垂直于河岸，而ADCP测量过程中不要求测流断面垂直于河岸，船的航行轨迹可以是斜线或曲线。⑶适合巡测，单

5、一工作模式（适用于所有的河道），测量历时短，只需几分钟；可以在浅水中测流，最小水深可为0.3m，最小流速可为1cm/s；可以测得三维的流速分量。⑷.简单易学的Windows平台的RiverSurveyor软件。走航式ADCP（RiverSurveyor）的应用3.数据采集为了计算流量，ADCP在测量时需要以下几个数据：（1）水的相对速度（2）船速（3）水深（4）船的航行轨迹。走航式的ADCP安装在特制的三体船上，是将仪器的水下换能器垂直固定在船舷边或船头，横越测流断面（从断面一岸移向另一岸）时利用超声波不断测量水深，同时利用多普勒测速原理测得水体相

6、对于测船的流速和测船相对于河床的运动速度(即船速)，根据两速度的向量差得到水流的真实流速。测船的航迹通过船速和航向计算而得，通过以上步骤可以确定所测垂线的正确位置。6即可采集到计算流量所需的全部资料，包括河流深度、水流速度和仪器在河流中的水平位置，该位置是使用底跟踪技术通过对河底速度测量算出的。岸边区域的离岸水平距离可采用电子测距仪器测量；或者预先在河中立测船起止的标志杆，预先已知该距离；每次走航前，将离岸距离值输入ADCP，同时输入岸边流速系数（根据测验规范，斜坡的系数为0.67～0.75,陡坡的系数为0.8～0.9）。3.1数据处理3.1.1　

7、实测流量计算Ns=采样的断面数（剖面数）；I=采样断面；d=采样断面的深度；Vxm=实测X方向分量的流速；Vym=实测Y方向分量的流速；Vbx=实测X方向分量的船速；Vby=实测Y方向分量的流速；dz=水深微分；t=每二个采样断面之间的历时。3.1.2　水面和河底流量的估算　用于明渠相当于曼宁公式的河岸计算方法：u=从河底开始测量的水深Z处的流速；u*=河底的切线流速；z=从河底起的高度；z0=河底的粗糙高度；1/6=指数；9.5=常数。水面层流速的解析（同样适用于Y方向）6河底流速的解析（同样适用于Y方向）⑵常数方法：水面层流量(适用于岸边和常数

8、方法)：河底流量(适用于岸边和常数方法)：3.1.3岸边流量的估算⑴斜坡（比例插补的方法）L=第一个/最后一个有效剖面处到