声学多普勒流速剖面仪(adcp)在长江河道水文测验中的应用推广

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1、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在长江河道水文测验中的应用推广声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在长江河道水文测验中的应用推广　1特点介绍.LADCP）主要功能是测量三维流场剖面，同时还兼有测量悬浮泥沙浓度的功能，主要应用领域是海洋监测，环境保护，海洋开发和航道建设等方面。ADCP被公认是当今最主要的测流手段。多功能ADCP采用专用学多普勤原理，用声波遥测水流的速度，对流场不产生干扰，而且能够在航行过程中测量流速剖面，可快速地获得一个水域的流场断面。与常规的单点式海流计相比，具有测量精度高，快速，高效，省时省力等优点。多功能ADCP采用了宽带和窄带两种测流技

2、术，能适应各种复杂的流场。多功能ADCP能够在测量流量速剖面的同时测量悬浮物浓度剖面，是研究泥沙迁移规律，计算输沙量的十分有效的工具。在国际上未见有相似器的报道，具有独创性。多功能ADCP的操作软件是完全中文界面的，更加适合中国用户，运行于视窗环境，界面友好，使用方便。　　经长期的比测，积累了大量的经验。在此基础上，结合我省十三个河段近两年的水文测验以及过去的资料分析，该设备不但具有能直接测出断面流速，具且有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。　　2存在问题　　经过实验、咨询发现ADCP因其受含沙量、河床流沙和船体等影响较大,使ADCP在一些条件下的

3、使用受到制约，需外接GPS和磁罗经，才完全能够在实际生产中应用。　　仪器商提供的）方式时，罗经偏移、磁偏角或二者之和仅影响水流方向而不影响流量；当采用GGA方式时，罗经偏移、磁偏角主或二者之和不仅影响水流方向还要影响流量。所以如果测量结果中住返水流方向值总是相差较大（大于5°），多半是由于罗经安装或标定不当引起。　　3.2数据处理技术　　ADCP流量测验的资料，流量、面积、河宽、断面平均流速流向、断面平均水深、断面最大流速、最大水深数据均可从，在提取数据时垂线水深一般用剖面水深代替，垂线的位置数据计算，将回放输出的文本文件中的经纬度数据按高斯正算的

4、方法计算垂线平面坐标。　　若使用平均处理策略，则对水深也进行平均处理，起点距的算法有平均算法和中心线法等，平均计算时又有算术平均和加权平均算法。　　3.2.2垂线流速分布函数的确定　　WinRiver软件支持的流速插补方法有幂指函数、常数、三次平滑等，缺省为幂指函数。虽然幂指函数与我国常用的对数分布函数有一定的差别，但软件中仅将此函数用于顶层和底层流速的插补计算，不致产生较大差异，在WinRiver软件中调整幂指数b的值，对流量影响甚微。　　3.2.3有效数据的判别　　在回放输出的ASCII文本文件中，各水层单元的数据包括当前水层单元的深度、流速值、流向、

5、东向流速、北向流速、垂向流速、误差流速、波束1反向散射、波束2反向散射、波束3反向散射、波束4反向散射、好的百分数、流量共13个数据。其中流速流向的坏值表示为-32768，反向散射的坏值表示为255，好的面分数坏值为0，流量坏值表示为2147483647。　　在提取流速流向资料时，面临三种数据有效性的判别方法：以单元流量有效为判别条件、以单元流速有效为判别条件或以好的百分数为判别条件，在应用时根据流速分布情况选取其中一种。　　3.2.4流速流向计算　　当垂线流速资料按ADCP实测水层单元深度提交时，可直接从回放后的输出文件中选取，计算的步骤是先分别计算东向

6、、北向的垂线流速分量的分布数据，再用矢量合成的方法计算垂线流速、流向。在计算各方向的分量时，垂线平均流速的分量按式4.1计算，顶层流速的分量按式4.2计算，顶层流速分量的水深为第一个有效单元以上部分的中心深度，底层流速分量按式4.3计算，底层流速分量的水深为最后一个有效单元以下部分的中心深度，垂线上各水层单元的水深与分量的水深一致，各水层单元的流速为东向分量与北向分量的方和根，按式4.4计算，流向方位角为东向分量与北向分量比值的反正切值，按式4.5计算。垂线平均流速流向用垂线平均流速分量参照式4.6和式4.7进行计算。　　　　当垂线资料按传统的五点法或六点

7、法资料提交时，则需将水层单元流速通过一定的方法转换为各相对水深(水面、0.2、0.4、0.6、0.8、河底等位置)处的流速，计算步骤上仍然是先算分量，再合成，分量计算的常用做法是：当测点绝对水深在实测的有效水层范围内时，用直线内插计算，当测点绝对水深位置在实测有效水层之外时，可参照顶层及底层流速的算法推求，也可用式4.6(Vmax采用中间实测层的最大流速分量代替)计算，有时也直接将实测的最上层单元流速作为水面流速，将实测的最下层单元流速作为河底流速。水面点的计算水深一般采用0.2-0.5m，河底点的计算水深一般采用河底以0.3-0.5m。分量垂线平均流速一

8、般参照《河流流量测验规范》中的公式进行计算。　　4后处理软件简介