ADCP在感潮河段流量测验中的应用.pdf

《ADCP在感潮河段流量测验中的应用.pdf》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、２０１４年第５期（总第１３４期）江西建材勘察与测绘ＡＤＣＰ在感潮河段流量测验中的应用■陈代志■福建省港航管理局勘测中心，福建福州３５０００９摘要：ＡＤＣＰ流量测验在理论上与传统方法相同，是对传统测验方法的一次升级，应用在水文较为复杂的感潮河段时，取得了良好的效果，可作为感潮河段流量测验的基本手段。关键词：走航式ＡＤＣＰ流量测验解析法１概述传统流量测验主要有流速面积法、建筑物法、稀释法等多类方法。流速面积法是使用最广泛的方法，其基本原理是：通过横断面上单元面积的流量是该面积与流速的乘积，分别测量各个部分的流速和面积即可求得流量。依所用仪器设备不同，流速测量有流

2、速仪法、浮标法、超声波法、电磁法、比降法等几种方法。其中流速仪法是最基本的方法，其常规的作法是在测验断面上根据实际情况布设测速垂线，使用流速仪测定流速，用部分平均流速与部分面积之乘积作为部分流量，部分流图１ＡＤＣＰ实测区、非实测区示意图量的总和即为断面流量。在实际流量测验中，流速仪法有一定局限性。式中Ｑ＝流量；ｓ＝河流断面面积；ｕ＝河流断面某点处流速矢量；ζ由于人工操作较多，一个断面只能布设若干个垂线点，各个垂线测点有＝作业船航迹上的单位法线矢量；ｄｓ＝河流断面上微元面积。限，且需进行人工计算流量值，自动化程度低，耗时费力。不仅效率低将沿航迹的断面离散为ｍ个

3、微断面，则：下，其精度亦有限，尤其是在感潮河段测验时，其结果往往不理想，流量ｍｍＱ＝[（Ｖ×Ｖｂ）·ｋ]ｉ·Ｈｉ△ｔ＝[ＶｘＶｂｙ－ＶｙＶｂｘ]ｉ·Ｈｉ△ｔ（３）过程线往往需要进行人工修匀，才能符合水位过程线变化规律。ｉ＝１ｉ＝１ＡＤＣＰ（声学多普勒流速剖面仪）利用多普勒效应原理，进行高分辨式中Ｈｉ＝微断面ｉ处水深；△ｔ＝相应于微断面的测量时间平均步率的瞬时流速，并测量水流深度或水流宽度，能直接计算出河道的断面长；ｍ＝断面内总的微断面数目；Ｖ＝相应于每一微断面的深度平均流速矢量。流量，极大地提高了流量测量的效率和精度。该方法已得到较大范围深度平均流速的ｘ

4、方向分量由下式算出（ｙ方向分量类似）：的应用，其精度也得到了较为广泛的认可。１Ｈ１Ｚ１Ｚ２Ｈ２ＡＤＣＰ流量测验基本原理Ｖｘ＝∫ｕｘ·ｄｚ＝[∫ｕｘｄｚ＋∫ｕｘｄｚ＋∫ｕｘｄｚ]Ｈ０Ｈ０Ｚ１Ｚ２２．１基本工作原理１现在的ＡＤＣＰ一般装备有四个声换能器。换能器总是安装成与＝[Ｚ１ＶｘＢ＋（Ｚ２－Ｚ１）ＶｘＭ＋（Ｈ－Ｚ２）ＶｘＴ]（４）ＨＡＤＣＰ轴线成一定倾角。每个换能器即是发射器又是接收器。换能器ＶｘＴ＝表层平均流速（ｘ向分量）；ＶｘＭ＝中部平均流速（ｘ向分量）；发射的声波尽可能集中于较窄的声束范围内，每一个换能器对应于一ＶｘＢ＝底层平均流速（ｘ向分量）。个声束

5、。换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体中颗粒物中部平均流速由ＡＤＣＰ直接测出，其值为所有有效单元所测流速散射回来的声波。假定水体中颗粒物与水体流速相同。当颗粒物的移之平均。ｘ方向流速分量由下式算出（ｙ方向分量类似）：动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率高。ｎ１当颗粒物的移动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发ＶｘＭ＝ｎｕｘｊ（５）ｊ１射波频率低。声学多普勒频移，即发射声波频率与回波频率之差，由下式中ｕｘｊ＝单元ｊ中所测的ｘ向流速分量；ｎ＝有效单元的数目。式来确定：表层和底层平均流速和流量常借助于指数流速剖面来推算：Ｆｄ

6、＝２ＦｓＶ／Ｃ（１）ｕｚｂ＝９．５（）（６）式中：Ｆｄ是多普勒频移；Ｆｓ是发射频率；Ｖ是颗粒物沿声束方向的ｕｚ０移动速度（沿声束方向的水流速度）；Ｃ是声波在水中的传播速度。式中ｕ＝高度ｚ处的流速；ｕ＝河底剪切流速；ｚ０＝河底粗糙高度；从公式可知，发射频率Ｆｓ为已知，只要测定声速Ｃ和频移Ｆｄ，即可ｂ＝经验常数＝１／６。求出水流速度。２．３岸边流量估算ＡＤＣＰ通过还向水底发射底跟踪脉冲，测出测船的运动速度以及水ＡＤＣＰ不能测出近岸边的流速和流量，可利用经验方法来确定岸边深，然后将水流相对速度扣除船速得到水流的绝对速度。流量。根据流量测验规范，岸边区域流量可由

7、下式估算：从理论上讲，ＡＤＣＰ流量测量原理与传统流量测验的基本原理相Ｖａ＝αＶｍ（７）同，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式中Ｖａ＝岸边区域平均流速；Ｖｍ＝起点微断面（或终点微断面）点的流速从而得到垂线平均流速。只是ＡＤＣＰ采用的是动态的测量方内的深度平均流速；α＝岸边流速系数。法，且所测的垂线可以有很多，每条垂线上的测点也可以很多，由于采ＱＮＢ＝αＡαＶｍ（８）样率更高，获得的流量数据自然精度更高。对于某一测流断面，其中部式中α＝岸边系数；Ａα＝岸边区域面积；Ｖｍ＝起点（或终点）微小区域的流速由ＡＤＣＰ实测，其它四个边缘区域需通过

8、实测数据外延来断面内的垂线平均流速。估算。具体为：靠