走航式声学多普勒剖面流速仪测流应用与分析

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1、第%期水利水文自动化EP$%!#"""!年/月*463GK6水73>7>利@K6水;动AM化NA<3:3ONI;9Q##""""!!$%走航式声学多普勒剖面流速仪测流应用与分析尹建国，蒋佑华，陈含华（湖南省邵阳水文水资源勘测局，湖南邵阳!##"""）摘要：介绍了走航式声学多普勒流速剖面仪的工作原理及其在邵阳水文站的应用情况，并对其工作特点与适用性进行了分析。关键词：流量测量；多普勒效应；流速仪；测流中图分类号：&’(()%%(文献标识码：*文章编号：+,-#.%#-/0#""!1"%.""!"."%"前言由

2、此可知，多普勒频移与水体流速成正比，因此在国内用声学多普勒剖面流速仪（*2345672只要测出多普勒频移，即可计算出水流速度。8399:;<=4<<;>6)<3?7:;，以下简称*8=)）进行河流流*8=)测量流量时，将测流断面分成若干个子量测量是近十年才发展和应用的一种新的流量测量断面，在每个子断面内测量垂线上多点流速并测量方法，当装备有*8=)的测量船从河流一岸横渡至水深，从而得到各个子断面内的平均流速和流量，再另一岸时，*8=)能够即刻测出河流流量，效率比传将各个子断面内的流量叠加即得全断面流量。统的河流流量测量方法提高了几十倍

3、，它标志着河为了计算流量，*8=)在走航测量中需测量以流流量测量的现代化。*8=)主要用于海洋二维流下数据：场结构的研究，在水文领域流量测验方面的应用近（+）水流的相对速度（相对于船的速度，由“水跟年来也逐渐得到了普及。利用安装有*8=)的测船踪”测出，从相对速度中扣除船速即为水流的绝对速测量流量的方法称为走航式*8=)。邵阳水文站自度，其测速范围为"F+"GD5）；#""+年#月开始使用走航式*8=)进行流量测量，（#）船速（由“底跟踪”测出或由H)I算出）；至今已积累了一系列的实测资料。（%）水深（由河底回波测出，类似于回声测深+

4、*8=)工作原理及流量计算方法仪）；（!）船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或+$+工作原理*8=)是一种利用声学多普勒效应测量水流剖由H)I算出）。面速度的仪器，是一个集成系统，由以下三个主要部对于某一测流断面，*8=)实际测量的区域为分组成：（+）*8=)换能器、光隔离器、信号转换器和断面中部区域，而在接近水面、接近河底处的上、下水下的测量探头；（#）@7>A3B5/CDE&数据处理软盲区及两岸近岸区域内，*8=)不能提供有效测量件；（%）电罗经、倾斜计和计算机设备等。*8=)的测数据，其流量需根据实测区域的数据按一定规则予量探

5、头一般装备有三个（或四个）声换能器，换能器以估算。与测量探头轴线呈一定夹角。每个换能器既是发射+$#流量计算方法器又是接收器。换能器发射的声波能量集中于较窄采用*8=)进行流量测验，遵循“流速—面积的范围内，称为声束。换能器发射某一固定频率为"!法”原理，即*8=)基于如下公式计算流量：的声波，然后接收被水体中颗粒物散射回来的声’J))(·)%!!波。假定颗粒物的运动速度#与水流速度相同，$为式中：’—流量；声波在静止水体中的传播速度，则声学多普勒频移，*—测流断面面积；即发射声波频率与回波频率之差"%由下式确定：(—测流断面某微元处

6、流速矢量；##"%&————"!)—测船航迹上的单位法线矢量；$%!—测流断面上微元面积。第#期尹建国等：走航式声学多普勒剖面流速仪测流应用与分析!"上述算法涉及矢量运算，不作进一步介绍。*$+*.83，%&()完整地测到了全年最大洪水的流量因存在上、下测验盲区，垂线平均流速及流量计过程。算分为中层、表层和底层三部分，限于篇幅，此处也#%&()流量比测及稳定性试验不作详述。#$"洪水过程流量比测分析"$#岸边流量估算*00"年采用%&()与转子式流速仪进行比测由于水深限制，测船不可能紧靠岸边测验，%&’实验共7*次，比测期内水位变化范

7、围为*07$2,1()无法测得近岸边的流速和流量。根据流量测验规*"#$#*.，实测流量变幅为"2,1*/20.#83，相应实范，岸边流量可估算：测最大水深为+$+.，%&()正常使用时相应最大含)(沙量为0$#70-98.#，而*00"年比测期内实际出现!"#$%&———’(*最高水位为*"2$/*.，最大含沙量为*$",-98.#。式中：!"#—岸边流量；%—岸边系数；&—岸边至测*00*年%&()实测流量27次，并多次进行平行比量起点（或终点）间的距离；)(—测量起点（或终测实验。点）处的水深；’(—起点（或终点）处的垂线平均流

8、*00"1*00*年在各级水位下对"200-56型速。%&()与转子式流速仪进行平行比测试验共7*次，*%&()测流应用情况经定线整编，%&()所测水位:流量（*+!）关系*$"测站基本情况线中，高水部分较转子式流速仪所