垂线平均流速流向计算方法探讨-论文.pdf

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1、第35卷第4期水道港口V01．35No．42014年8月JournalofWaterwayandHarborAug．2014垂线平均流速流向计算方法探讨范巳东尔华(交通运输部天津水运工程科学研究所，天津300456)摘要：声学多普勒流速剖面仪可以测量多层水深的流速流向数据，但目前只使用其中符合传统“六点法”的数据，多余数据被舍弃浪费。文章根据传统的“六点法”垂线平均流速流向的计算原理，给出了“多点法”计算垂线平均流速流向的计算公式。根据上海洋山港海域和招远海域实测流速资料，对采用“六点法”和“多点法”计算垂线平均流速流向的结果进行了分析

2、比较。结果表明：“六点法”和“多点法”计算的垂线平均流速值基本相当，但垂线平均流向差值随着垂线平均流速的减小而呈增大趋势。关键词：垂线平均流速；垂线平均流向；六点法；多点法；声学多普勒流速剖面仪中图分类号：P753文献标识码：A文章编号：1005—8443(2014)04—0463—06在海岸、河口地区，潮流是最基本的海水运动和主要的水动力因素之一n]，了解潮流动力的最基础的工作是现场水文观测。在水文观测中，测量流速的仪器较多，从形式上可分为单点式和剖面式两种。使用单点式仪器，根据水深情况，通常采用“一点法”、“三点法”和“六点法”等方

3、法测流，每一条垂线上沿水深测取有限个点的流速流向。声学多普勒流速剖面仪从根本上摆脱了原来机械式仪器(单点式)的测验原理，并且测验成果可以联机存储，可以测量同一条水文垂线上任意水层的流速流向，即实现了“多点法”测流，提高了测验的速度和精度，也大大提高了水文测验工作的技术含量和现代化水平，所以声学多普勒流速剖面仪在流速测量中越来越被广泛的采用。海岸河口地区属于宽浅型海区，垂线流速流向差异不大，通常要计算垂线平均流速流向。对于采用“一点法”、“三点法”和“六点法”获得的资料，已经有很常用的垂线平均流速流向计算方法b。声学多普勒流速剖面仪可以测

4、得一条垂线上每1m甚至小于1m一层的流速数据，对于水深在10m以上的海域，在一条垂线上它可以测得10层以上的数据，但是目前通常的数据方法是将10层以上的数据按水深的表层、O．2日、0．4H、0．6H、0．8H、底层(表层距水面0．5nl处，底层距海底0．5m处)进行六点分层提取数据然后按传统“六点法”的垂线平均公式进行计算垂线平均值，这种通常的数据处理方法无疑丢弃了很多实测数据，势必损失垂线平均计算值精度。目前，关于用“多点法”测流资料如何计算垂线平均流速流向及与传统的“六点法”测流资料计算的垂线平均流速有何差异尚未有文献报道。根据流速

5、测量结果得到的垂线平均流速的精度高低直接影响其他与之有关的后续研究工作，如潮段平均流速计算、含沙量分析n]、数学模型计算、物理模型试验等等。因此，本文探讨一种适合声学多普勒流速剖面仪的垂线平均流速流向计算方法以提高垂线平均计算值的精度，并与传统的“六点法”计算结果进行比较。l垂线平均流速流向计算方法流速流向与水深是相关的，在同一条垂线上水深不同，流速流向是不同的，一般表达式为㈣，=g)，式中h为水深；为流速；0为流向。收稿日期：2013—09-11；修回日期：2013-10-22作者简介：范东华(1971一)，男，河北省盐山人，高级工程

6、师，主要从事海洋测绘工作。Biography：FANDong—hua(1971一)，male，seniorengineer．464水道港口第35卷第4期垂线平均流速为=百10f(~dhJ』’式中：为垂线实际水深；积分部分由于厂)具体形式无法知道，确切的相关函数形式，也无法计算精确的垂线平均流速，只能采用近似方法。：垂线平均流向一般采用矢量合成法。1．1“六点法”测流的垂线平均流速流向计算方法一般的流速垂线分布形式如图1所示。设六点法测量的水深分别为h。、h、h：、h，、h、h，对应的流速分别为。、、：、'／35，表到层要层之另5-、5：

7、、s、5、Jss，则用积分图1垂线流速分布示意图流速’⋯方法得到的垂线．平均流速计算公式如下Fig．1sket。h0fnicdistributionⅣ。古Jsc(2)uⅡeny=+2(vl+v2+v3+v4)](3)。设对应V。、、、，、V、的实测流向(流向采用真北方向，即磁北方向+磁偏角)分别为0。、0、0：、0，、0、0，则-]~[YoCOS0o+2c。sO~+V5COS0s](4)0sin十2sinOi+Y5Sins](5)=arctan()(6)式中：、、分别为垂线平均流速的北分量、东分量和垂线平均流向。1．2“多点法”测流垂线

8、平均流速流向计算方法当垂线测流点数大于六点时，将式(2)写成一般形式=古∑s(n>6)(7)当n将日均匀分层时，式(7)可以化简化成用流速表示，即!l1⋯-4-2(v-+'／32++⋯+一)+一](8)一式