浅析ADCP在小湾水文站的测流盲区问题.doc.doc

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1、浅析ADCP在小湾水文站的测流盲区问题　　摘要：本文主要介绍了ADCP测流盲区问题的成因和计算方法，并结合ADCP在小湾水文站的测流实例，对ADCP在实际流量测验过程中盲区问题的计算进行浅析。　　关键词：ADCP、小湾水文站、测流盲区　　中图分类号：P336文献标识码：A文章编号：　　1引言　　ADCP，是一种利用声学多普勒原理进行流量测验的一种仪器。用ADCP进行河流流量测量是近十年才发展和应用的新的流量测量方法。流量测验是水文工作的主要任务之一，传统的流量测验手段(如常用的旋桨式流速仪法)由于其历时长、自动化程度低，越来越不能满足水文事业和经济社会

2、发展的需要。对回水河段以及日益增多的受人类活动影响的水文测站进行流量测验，使用传统的测验手段是难以实现的。ADCP利用声学多普勒原理进行流速、流量测验，具有历时短、采集数据量大、不扰动流场等诸多优点，可以极大程度地减小劳动强度、增大工作效率、提高现代化水平，成为流量测验发展的一种新手段。但是，ADCP也存在着一些弊端，例如测流盲区，使ADCP受限于一些特殊的测量断面，本文将结合实例，浅析ADCP在实际测量中的盲区问题。　　2ADCP的测流原理、盲区的概念及计算公式　　2.1ADCP的测流原理　　ADCP流量测量原理与传统的人工船测，桥测，缆道测量和涉水

3、测量的基本原理是一样的，都是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从而得到垂线平均流速。只是ADCP所测的垂线可以很多，每条垂线上的测点也很多。ADCP是通过接收和处理河底反射的信号来确定船体的绝对速度和实测断面处的平均水深，并通过接收和处理断面水体中的颗粒物反射回来的信号来确定水流相对于ADCP的速度，从而得出水流的绝对速度。　　ADCP盲区的概念及计算公式　　2.2.1盲区的概念及分布情况　　盲区是指ADCP无法测到数据的区域，也可称为非实测区。一个测流断面的盲区分为四个部分：顶部盲区、底部盲区和左右岸的两个边部盲区。如图1

4、所示：（图中的表层、底层、岸边区分别代表顶部盲区、底部盲区和边部盲区）　　　　　　图1：ADCP实测区、盲区示意图　　　　2.2.2顶部盲区计算公式　　ADCP的顶部盲区由换能器入水深度、滞后距离组成和仪器盲区组成。滞后距离是由于不断发射的脉冲之间有一定的距离，其大小相当于深度单元尺寸的一半。ADCP换能器存在一定的范围。在该范围内，ADCP不能提供有效测量数据。ADCP的换能器既是声发射器也是声接收器，两者交替进行工作。当压电陶瓷片受交流电激励产生振动发射声波后，压电陶瓷片会产生余震。要等到余震衰减掉后压电陶瓷片才能够正常接收回波信号，余震衰减需要一

5、定时间。这个时间乘以声速即为ADCP的盲区，声波频率越高，仪器盲区就越小。计算公式如下：　　D顶＝D换能器＋＋D盲是由于不断发射的脉冲与脉冲之间①　　式中：D顶――ADCP顶部盲区厚度（m）　　D换能器――换能器入水深度（m）　　DC――深度单元尺寸（m）（即为滞后距离）　　D盲――仪器盲区（m）是　　2.2.3底部盲区计算公式　　ADCP河流流量测量时，靠近河底的水层受到旁瓣的影响，称为旁瓣影响区，在该区内，流速测量数据无效。底部盲区通常为旁瓣区的厚度。旁瓣影响区的厚度与ADCP声速与仪器轴线的夹角有关。以下为底部盲区的计算公式：　　D底＝H×（1-

6、cosθ）②　　或D底＝DC③　　式中：D底―底部盲区厚度（m）　　H―水深（m）　　θ―ADCP声束角（°）　　底部盲区取②、③式中较大者。　　（4）边部盲区计算公式　　边部盲区主要是由于换能器不能靠近岸边，导致仪器无法测量引起的。两岸盲区的尺寸一般等于开始实测时船到岸的距离，即:　　B边部＝L岸　　式中：B边部――边部盲区的宽度（m）　　L岸――开始实测时船到岸的水平距离（m）　　3分析小湾站实测资料　　3.1小湾水文站概况　　小湾水文站位于云南省南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段与黑惠江交汇处下游2.5km处，流域面积11.33万km2，多年平均

7、流量1210m3/s，年径流量382亿m3。该站于2009年7月开始采用ADCP进行流量测验，仪器为“骏马”系列“瑞江”牌ADCP（1200Hz）。测流时一般设置为标准工作模式，主要技术指标见表1。　　表1小湾水文站测流时主要技术指标　　　　　　在小湾站2009年8月3日的一次流量测验中，左岸距离为3.0m，右岸距离为2.0m，换能器入水深度为0.2m，采用标准工作模式，则顶部盲区厚度为：D顶＝0.2+0.25/2+0＝0.325（m）　　边部盲区宽度B边（左）＝3.0m，B边（右）＝2.0m　　因ADCP测流数据号较多，故水深采用算术平均值。本次流量

8、测验总过水面积为981m2，水面宽为137m，则平均水深为：981/137＝7.2m。底部盲区