聲學(xué)多普勒流速剖面儀應(yīng)用初探 (1).docx

1、文章編號1009-2846(2016)03-0053-03聲學(xué)多普勒流速剖面儀應(yīng)用初探王仔（河北省秦皇島水文水資源勘測局，河北秦皇島066000）摘要聲學(xué)多普勒流速剖面儀（AcousiticDopplerCurrentProGler.ADCP）施剝河浪流量是目前世界上比較先進的測流設(shè)備。通過在白山水庫應(yīng)用ADCP采用走航式測取流量及條用傳統(tǒng)定點式測取流量兩種方式的對比分析，闡述了ADCP測取流量的先進姓、準(zhǔn)確姓、實用棧及使用過程中的注意事項，為該儀參在水文測瞼中的推廣使用提供了技術(shù)參考。關(guān)鍵詞ADCP；瞬時流量；走林式；定依式；水流脈動中圖分類號P332.4文獻標(biāo)識碼B1概述為探討聲學(xué)多普勒流

2、速剖面儀（AcousiticDopplerCurrentProfiler.ADCP）在施測流量過程中更廣泛的應(yīng)用，在白山水庫測驗河段進行了對比測驗，由于白山水庫測驗斷面位于庫區(qū)中上游，水體面積大，水深，而流速很小，接近相對靜止的水體。這類水體的紊動特性比較強，很容易受溫度、風(fēng)力、風(fēng)向和來水等的干擾而發(fā)生流速變化，而且素動流的空間尺度和時間尺度都比較大，上下層、左右岸的流速甚至相反叫因此，采用傳統(tǒng)流速儀施測流量測船難以定位、精度低，測驗時間長，需要人工進行計算和校核，效率較低。而ADCP借助測船從河流斷面的一側(cè)航行至另一側(cè)時，即可測出河流流鼠，測船的航行軌跡可以是曲線，不受常規(guī)測最方法中垂直斷面

3、的限制。2工作原理ADCP工作原理與傳統(tǒng)測流方法有本質(zhì)上的區(qū)別。它是由一個集成系統(tǒng)組成。主要有換能器、信號轉(zhuǎn)換器、測量探頭、電羅經(jīng)和全站儀、計算機設(shè)備等組成，測驗時需外接測船、固定設(shè)備的支架等設(shè)備配合使用OADCP配有的換能器與軸線成一定夾角，換能器發(fā)射固定頻率的聲波，換能器發(fā)射的聲波集中于較窄的范圍內(nèi)，稱為聲束，換能器發(fā)射固定頻率的聲波并接收被水體中顆粒物散射回來的聲波，假定顆粒物的運動速度與水流速度相同，則聲學(xué)多普勒發(fā)生頻移，因此，只要計算出頻移，就可計算出水流速度氣與常規(guī)測流方法類似，ADCP測量時也是把斷面分成若干個部分?jǐn)嗝?，測出部分?jǐn)嗝鎯?nèi)的平均流速和流域，再疊加即得到全斷面流量。流量

4、的計算是由計算機內(nèi)裝有的ViewADP應(yīng)用軟件完成，使用ViewADP軟件對測取的原始數(shù)據(jù)進行分析處理，可以對整個斷面的流場、流向、水平層流速、垂線流速分布給出最直觀的成果，測驗成果可以聯(lián)機存儲，提高了測驗精度。3走航式測驗白山水庫測驗斷面的斷面寬度約為900m,水深80m左右。為了測取垂線的流速分布、流向以及衰1聲學(xué)多普勒流速剖面儀工作參數(shù)一覽表收稿日期2016-01-15頻率（KHz）最大剖面深度（m）最小盲區(qū)距離（m）測址范ffl(m/S)分辨率（cm/a）準(zhǔn)確度（cm/s）2501801.5±100.1±0.5-±1%（所測流速的）1000400.5

5、77;100.1±0.5-±1%（所測流速的）作者胃介王仟（1989-）,女，古林白山人，助理工杈并，主衰從亨水文與水資源工作。流量值，采用走航式進行斷面測量。走航測量過程中，與測深儀進行了多次對比實驗.ADCP得到的水深和測深儀得到的水深幾乎一致。只要測船的航行軌跡與測流斷面基本重合的情況下，采用走航式的方法對河道斷面形狀的測員是可取的。ADCP施測一個航次流量即為過水?dāng)嗝娴乃矔r流量，為減少水流脈動影響，單次流域進行往返兩次測量，成果取其均值叫走航式測量不需要逐點測量，儀器通過渡河設(shè)備就可采集全斷面數(shù)據(jù)。從多次測量的結(jié)果分析出，走航方式獲得的斷面形狀與實際基本相符。圖1走

6、航式測量斷面圖StebonLocAlMinsLx'.StMxmVatrrSudanLocr-torvi)/2SubonAfMaArm,*VDep(SucmmV<Aanty-V.SuttonTatelIWiMrBr«Sum<Ql>圖2定點式測量垂線分布圖衰2起點距(m)0100200300350400500600700800900垂線水深(m)018.238.765.280.680.876.670.069.945.805.0m流速0.03-0.03-0.020.020.01-0.04-0.02-0.01-0.0710.0m流速-0.02-0.01-0.03-0

7、.040.01-0.010-0.02-0.115.0m流速00-0.03-0.02-0.0200.010-0.1220.0m流速0-0.03-0.02-0.010.010.020.02-0.125.0m%速0-0.01-0.01-0.040.020.050.01-0.0330.0m流速00-0.02-0.0200.01-0.04-0.0735.0mit速00.01-0.010.0100.01-0.01-0.140.0m渡速-0.01-0.01-0.010.020.03-0.02045.0m流速-0.02-0.07-0.04-0.03-0.02-0.0450.0m流速0-0.03-0.02-0.

8、02-0.02-0.0255.0m汽速0-0.010.01-0.01-0.03-0.0260.0m淹速0-0.03-0.0100065.0m流速0-0.0200070.0m流速00075.0m流速0080.0mK速00單次定點式流速測結(jié)果一覽表4定點式測驗采用定點式測量方法，同以往測量方法一致，將測船拋錨定位在常規(guī)流速儀法測速垂線上，采集垂線流速歷時為240s。與以往測驗的不同之處是可以測取整個垂線的流速分布和流向情況。定點式測驗已積累了一定的資料，從測驗的結(jié)果來看，測量的誤差較小，在允許范圍內(nèi)。測驗數(shù)據(jù)處理以及輸出資料成果與流最測驗整編規(guī)范要求一致。通過實測，對于白山水庫這種庫區(qū)相對靜止水體

9、，在水深大、水體體積大、流速小(存在逆向流),以及流速存在紊動現(xiàn)象的情況下，為了消除水流脈動的紊動影響，必須延長測速時長，實際工作中控制在240s,最少不應(yīng)短于100s叫采用定點測流的方式，儀器最大深度滿足白山水庫庫區(qū)實際情況，又包含了漲落變化，測最方法既適用于暢流期又適用于封凍期測量。從表2定點式測速結(jié)果可看出，斷面流速分布存在一定規(guī)律性，部分區(qū)域有逆流，個別區(qū)域流速會較大，這與大面積相對靜止水體的流速分布及變化規(guī)律是相符的。對于白山水庫這種受風(fēng)力、風(fēng)向、溫度及藻類影響大的水體，水流情況復(fù)雜，用兩種方法進行測量可以相互補充，獲取高質(zhì)量的測驗成果。5測驗操作注意事項(1) ADCPX作原理、軟

10、件手冊及技術(shù)手冊是設(shè)備調(diào)試和操作的主要依據(jù)，對測流軟件、工作模式、安裝、檢查、參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)的采集、輸出處理全過程應(yīng)熟練掌握，上崗前應(yīng)進行相關(guān)培訓(xùn)。(2) 測驗執(zhí)行聲學(xué)多普勒流量測驗規(guī)范(SL337-2006)。測址前對ADCP、GPS、羅經(jīng)、測深儀、全站儀等進行自檢，并對與計算機的連接設(shè)備集成進行檢測，保證所有電路工作正常，信號傳輸順暢。(3) 工作參數(shù)中最大水深是理想條件下的指標(biāo)(含沙量較低)。如果應(yīng)用在含沙量較大的河流，工作水深會減小,這一點應(yīng)引起重視。(4) 測量結(jié)束后，應(yīng)對ADCP進行再檢測，檢查實際水深和流速是否超出工作參數(shù)范圍，以確保測量成果準(zhǔn)確無誤。6結(jié)語ADCP測驗結(jié)束即可得

11、到成果，且性能穩(wěn)定，比常規(guī)測量方法更方便快捷、準(zhǔn)確，操作也簡單，具有連續(xù)測得江河流量變化的優(yōu)點。特別是在沒有固定測驗設(shè)施，或者測驗設(shè)施在洪水期被沖毀，河段具備使用此儀器條件時，優(yōu)越性更為凸顯。而測驗成果可聯(lián)機存儲是一大特色，提高了水文測驗的現(xiàn)代化水平。ADCP是一種比較先進的自動化測流設(shè)備，測量剖面深度范圍大，適用于大部分河流的水深情況。具有能直接測出斷面的流速剖面、不擾動流場、測驗歷時短、測速范圍大等特點?？蓱?yīng)用于暢流期和封凍期的流量測驗，解決了北方河流測驗破冰的困難。但在大洪水時期漂浮物多或高含沙量河流中還有待進一步分析研究?？趨⒖嘉墨I：1呂文婷，學(xué)多普勘流速制面儀應(yīng)用淺析.地下水,201

12、1.6.2走皺式聲學(xué)多普勒漁地制面仗河流波量測驗技術(shù)拘點CJSW-C.SWCY-O4-C)3水丈剝驗她花(行樣合訂本)南京：刀海大學(xué)出版社(1994)4河流速量測臉規(guī)葩GB50179-93.北京：水力電力出版社(1993).DiscussiononApplicationofAcousticDopplerCurrentProfilerWangZaiAbstract:AcousticDopplerCurrentProfiler(AcousiticDopplerCurrentProfiler,ADCP)Surveyingriverflowistheworld'smoreadvancedflowmeasurementequipment.ByapplicationofBaishanReservoirUnderwayADCPmeasurementstakenusingtheflowandtheuseofcomparativeanalysisofthetraditionalfixed-typeflowmeasurementtakenintwoways,describedtheAdvancementA