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1、在水文流量测验中应用分析论文 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。 关键词：ADCP；流量测验；测深；测速；比测试验 1ADCP基本原理及流量计算 11基本原理 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
2、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。 按多普勒频移方程： Fd2FVC（1） 式中：Fd多普勒频移； F发射频率； C超声波在水体中的传播速度，与温度、含盐度有关； V水流的运动速度。 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。 DR0300型ADCP主要技术指数如下： 工作频率：3072kHz； 换能器发射角：20°； 测速范围：±001±10ms（水平方向）； 速度分辨率：025
3、cms； 测深范围：80130m。 12流量计算 ADCP基于如下的公式计算流量： QADCP=suds（3） 式中：QADCP流量； S河流某断面部分面积； u河流断面某点处流速矢量； 作业船航迹上的单位法线矢量； ds河流断面上面积微元，由下式确定： ds=|Vb|dzdt（4） 式中：dz垂向长度微元，z自河底起算； dt时间微元； Vb船速矢量； Vb作业船速度（沿航迹）。 将沿航迹的断面离散为m个微小断面，则公式（3）可以写为： QADCP=T00udz|Vb|dt=Ta0cu×Vbkdzdt=mi=1（V×Vb）kHit（5） 式中：T航行时间（跨断面）； Hi
4、在i测量微小断面处的水深； m断面内总的微小断面数目； t相应于测量微小断面的平均时间； k垂向单位矢量； V相应于测量微小断面的垂线平均流速矢量。 V=1HH0udz（6） 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。 121中层流速 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平均： VXM=1nni=1Uxj(7) 式中：Uxj单元j中所测的x向流速分量； n微断面中有效单元的数目。 122表层流速 由于ADCP换能器必须浸入水中一定深度，系统不能直接测出这部分水流速，形成表层盲区，一般采用指数流速分布公式来推求：
5、 UU=9.5×ZZ0b（8） 式中：U高度Z处的流速； U河底剪切流速； Z0河底粗糙高度； b经验常数，通常取16。 公式（8）整理后，令ax=9.5U/Zb0，则对x向量流速分量： Ux=axZb（9） 设Z1为河底至靠近河底单元（未受河底干扰）的高度，Z2为河底至第一个单元的高度，垂向单元长度为Dc，则在中层进行积分可得到中层平均流速： 123底层流速 由于河底对声束的干扰，在河底存在一干扰区（底盲区），其流速数据不能使用。类似于表层流速的推导过程，底层平均流速的计算公式为： VXB=DCZ(b+1)1Z1(Zb+12-Zb+11nj=1Uxj则x方向分量垂线平均流速计算公式
6、为： Vx=1HH0Uxdz=1HZ10Uxdz+Z20Uxdz+HZ2Uxdz=1HZ1VXB+(Z2-Z1)VXM+(H-Z2)VXT=HbDC(Zb+12-Zb+11)nj=1Uxj 同理，y方向各分量与上述各式类似。 13岸边流量估算 由于作业船不可能紧靠岸边测验，ADCP不能测出近岸边的流速和流量。可以利用比例内插法来确定岸边流量。根据流量测验规范，岸边流量可由下式估算： QNB=aLHm2Vm(11) 式中：岸边系数，一般取0707； L岸边至测量起点（或终点）微小断面的距离； Hm起点（或终点）微小断面处的水深； Vm起点（或终点）微小断面内的垂线平均流速。 显然，河流某断面流量
7、等于ADCP流量QADCP与岸边估算流量QNB之和。 2比测试验 本次比测试验设在岗南水文站电厂洞出口下游300米处，ADCP设备按技术要求安装在三体船上，人工拉动测船运行。 21主要参数 ADCP比测主要参数设置深度单元厚度：20cm；深度单元个数：1525；水体发射脉冲次数：5；底跟踪发射脉冲次数：4；水体含盐度：00ppt；水体测量模式：wm1。 22流量比测 ADCP测船分别以测流断面的左岸、右岸为起始标志、结束标志，测船尽可能沿着测流断面线匀速横渡施测。ADCP测船以两个往返，来回测验4次为一个测程，取4次流量平均值与电厂流速计作比较。 23水深比测 因为断面比较平整光滑，基本无淤泥
8、，所以将ADCP测得水深与断面水尺读数相比较。 3资料整理分析 31水深资料 共收集105个样本进行统计计算，分析成果见表1。由表1可知，误差值是有规律的，均为负值，说明ADCP实测水深系统偏小。为了消除误差，我们将不同等级水深的绝对误差平均值作为改正参数，来修正流量测验中各条垂线水深，修正后比测成果见表2。 32流量资料 本次比测共收集了45个样本，并计算测量成果。从表3来看，ADCP实测流量与电厂流速计相比，有较大误差，通过利用水深、流速改正参数对ADCP实测资料进行后处理，流量比测精度有大幅度提高，无系统偏差，相对误差±10累积频率达95以上。 4结语 通过ADCP与常规方法进行水深、流速、流量等一系列比测试验，率定有关系数，修正流量值，满足了精度要求。目前，ADCP测流仪已正式在石家庄水文水资源勘测局投入使用。 第 7 页 共 7 页免责声明：图文来源网络征集，版权归原作者所有。若侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本站联系，我们将及时更正、删除！谢谢！