ＡＤＣＰ在水文流量测验中的应用研究.doc

1 ADCP在水文流量测验中的应用研究摘要: 介绍 ADCP 基本原理及流量计算方法,通过 ADCP 与管道流量计同步测流进行对比,并与常规方法进行测深、测速比测试验, 分析比测资料,进行参数修正,提高该仪器测验精度,以达到正式投入应用的目的。蕌关键词: ADCP ;流量测验;测深;测速;比测试验蕌 1 ADCP 基本原理及流量计算 基本原理蕌 ADCP 实际上应是一个包括:(1) ADCP 换能器(4个探头);(2 )操作软件系统;(3 )计算机及连接设备等 3个主要部分组成。利用声学原理, ADCP 向水体发射一个(一对或一组) 声脉冲, 这些声脉冲碰到水体中悬浮的且随水体运动的微粒后产生反射波, 并记录发射波与反射波之间的频率改变, 这个频率改变即称多普勒频移, 可据此计算出水流相对于 ADCP 的速度。同时,还向河底发射底跟踪声脉冲, 测出 ADCP 安装平台( 测船) 的运动速度以及水深, 然后将水流相对速度扣除船速得到水流的绝对速度。蕌 2 按多普勒频移方程: 蕌 Fd=2FV/C(1)蕌式中: Fd ——多普勒频移; 蕌 F ——发射频率; 蕌 C ——超声波在水体中的传播速度, 与温度、含盐度有关; 蕌V ——水流的运动速度。蕌从公式可知,发射频率 F 为已知,只要测定声速 C和频移 Fd ,即可求出水流速度。蕌 DR0300 型 ADCP 主要技术指数如下: 蕌工作频率: 307 .2 kHz ;蕌换能器发射角: 20°;蕌测速范围: ±0. 01~± 10m/s (水平方向);蕌速度分辨率: 0. 25 cm /s;蕌测深范围: ~ 130 m。 流量计算蕌 ADCP 基于如下的公式计算流量: 蕌 Q ? ADCP = suξ ds(3)蕌式中: Q ? ADCP ——流量; 蕌 S ——河流某断面部分面积; 蕌 u ——河流断面某点处流速矢量; 蕌ξ——作业船航迹上的单位法线矢量; 蕌 3 ds ——河流断面上面积微元,由下式确定: 蕌 ds=|V  b|dzdt (4)蕌式中: dz ——垂向长度微元, z 自河底起算; 蕌 dt ——时间微元; 蕌 Vb ——船速矢量; 蕌|Vb| ——作业船速度(沿航迹)。蕌将沿航迹的断面离散为 m 个微小断面,则公式( 3)可以写为: 蕌 Q ? ADCP =∫ T0 ∫H 0udz ξ|V b|dt= ∫ Ta∫H 0cu ×V  bkdzdt= ∑ mi=1 [(V×Vb)k]HiΔt(5)蕌式中: T ——航行时间(跨断面);蕌 Hi ——在i 测量微小断面处的水深; 蕌 m ——断面内总的微小断面数目; 蕌Δt ——相应于测量微小断面的平均时间; 蕌 k ——垂向单位矢量; 蕌 V ——相应于测量微小断面的垂线平均流速矢量。蕌 V=1H ∫ H0udz (6)蕌因存在上、下盲区,垂线平均流速的计算分为中层、表层和底层 3 部分。 中层流速蕌中层平均流速由系统直接测出,其值为第一个垂向单元至靠近河底单元( 未受到河底干扰) 所有单元所测流速之 4 平均: 蕌 V ? XM =1n ∑ ni=1U ? xj(7) 蕌式中:U ? xj——单元 j 中所测的 x 向流速