在感潮河段中ADCP與常規(guī)流速儀的測(cè)流應(yīng)用比較

1、在感潮河段中ADCP與常規(guī)流速儀的測(cè)流應(yīng)用比較摘要：將ADCP與傳統(tǒng)流速儀的進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較，ADCP較傳統(tǒng)流速儀具有集測(cè)深、測(cè)流、測(cè)向一體，高效、快捷、精確的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)有具有操作要求高，且易受到泥沙、水深、船速、含鹽度等測(cè)驗(yàn)環(huán)境影響的缺點(diǎn)。通過1200KHZ的ADCP與LS-20B的在黃浦江上游的試驗(yàn)比較，分析了其相對(duì)誤差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差和隨機(jī)不確定度。在感潮河段中，ADCP的應(yīng)用精度滿足測(cè)驗(yàn)誤差的要求。關(guān)鍵詞：ADCP優(yōu)缺點(diǎn)LS-20B誤差分析引言聲學(xué)多普勒流速剖面儀(AcousticDopplerCurrentProfiler)簡(jiǎn)稱為ADCP，它利用多普勒效應(yīng)原理進(jìn)行流速測(cè)量，由聲波換能器發(fā)

2、射聲波脈沖，聲波脈沖通過水體時(shí)，被水中泥沙顆粒、浮游生物或氣泡等反散射體反射，再由換能器接收脈沖信號(hào)，經(jīng)測(cè)定多普勒頻移變化而測(cè)算出流速。1盡管ADCP在理論試驗(yàn)和某些國家或地區(qū)已經(jīng)被廣泛證實(shí)可行，然而，各地水文特性的復(fù)雜和地形、水質(zhì)不同等各因素的影響，以及ADCP本身的許多參數(shù)設(shè)置和操作，決定了它需要經(jīng)過大量的比測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐其應(yīng)用準(zhǔn)確、高效測(cè)流的優(yōu)點(diǎn)。ADCP測(cè)流與傳統(tǒng)流速儀的優(yōu)缺點(diǎn)比較2.1ADCP測(cè)流的優(yōu)點(diǎn)（1）傳統(tǒng)流速儀進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)時(shí)需要纜道或垂線定位，纜道建設(shè)和維護(hù)代價(jià)較為昂貴，垂線定位比較繁瑣，而且需要垂直于河岸；而ADCP測(cè)流只需安裝于動(dòng)船上，估算岸邊距，航跡線無需嚴(yán)格垂至于河岸

3、，就直接可以進(jìn)行全斷面測(cè)流。（2）傳統(tǒng)流速儀的測(cè)驗(yàn)方式是靜態(tài)的；而ADCP測(cè)驗(yàn)方式是既可以用于隨船動(dòng)態(tài)測(cè)量又可以用于固定安裝靜態(tài)測(cè)量。（3）傳統(tǒng)流速儀所測(cè)得的數(shù)據(jù)是單點(diǎn)數(shù)據(jù)，并且需要較長歷時(shí)；而ADCP所測(cè)數(shù)據(jù)為各水深單元的數(shù)據(jù)而不僅僅是離散點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，且歷時(shí)較短，幾乎為瞬時(shí)數(shù)據(jù)。（4）傳統(tǒng)流速儀測(cè)流過程中，需要借助手工或機(jī)械并利用測(cè)深儀以達(dá)到不同水深多點(diǎn)測(cè)量的目的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易引起流場(chǎng)擾動(dòng)；而ADCP集測(cè)深、測(cè)流一體，自動(dòng)省力、效率節(jié)能。2.2ADCP測(cè)流的缺點(diǎn)（1）ADCP初始費(fèi)用較高，且操作復(fù)雜，要求操作人員除了掌握水文專業(yè)知識(shí)外，還需精通固件安裝、軟件使用、通信原理等各種關(guān)鍵技術(shù)。

4、（2）ADCP測(cè)流應(yīng)用除了受自身吃水深、盲區(qū)和旁瓣干擾的因素影響外，ADCP測(cè)流受多種測(cè)驗(yàn)環(huán)境限制。在河道流量測(cè)驗(yàn)中，受到影響的因素主要有泥沙運(yùn)動(dòng)、測(cè)船為鐵磁質(zhì)、船速過快、水深、水流含鹽度等。在感潮河段中ADCP與傳統(tǒng)測(cè)流儀器LS-20B流速儀的測(cè)驗(yàn)誤差分析試驗(yàn)時(shí)間為2010年11月份，斷面為黃浦江上游松浦大橋上游200米處，儀器采用RDInstruments公司的1200kHz的WorkhorseRioGrandeADCP和旋槳式流速儀LS-20B（測(cè)速范圍：0.0515m/s,相對(duì)誤差：VVK時(shí)，V1.5%;VvVK時(shí),%）,測(cè)速垂線位置為起點(diǎn)距約80米處。6臺(tái)LS-20B型流速儀在同一垂

5、線上不同水深處同時(shí)測(cè)驗(yàn)（0.0,020.4,0.6,0.8,1.0,ADCP固定在20B流速儀測(cè)速垂線位置迎水上方5米處進(jìn)行不間斷同步觀測(cè)。ADCP命令輸入為：WP4,BP4,WS15,WN150，采用底跟蹤模式（BTM）。對(duì)于ADCP成果資料進(jìn)行后處理，按照20B流速儀測(cè)驗(yàn)時(shí)刻和時(shí)段，根據(jù)測(cè)時(shí)水深，對(duì)于20B流速儀所測(cè)6點(diǎn)不同的水深提取測(cè)點(diǎn)流速，表層和底層分別按流速曲線趨勢(shì)進(jìn)行外延。分別從大、中、小潮，漲、落不同階段，選取垂線平均流速大小范圍0.16m/s0.72m/s的樣本83個(gè)，進(jìn)行相對(duì)誤差和隨機(jī)不確定度計(jì)算。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為：由表中可以看出ADCP的表層流速和底層流速的平均相對(duì)誤差和隨機(jī)不

6、確定度都偏大，對(duì)于ADCP非實(shí)測(cè)區(qū)中的表層或底層，通常借助于三點(diǎn)外延法或指數(shù)流速剖面法來推算表層或底層平均流速，其假設(shè)條件是明渠均勻流流速在垂向上的分布可以由指數(shù)公式或三點(diǎn)外延來表示。而天然河流通常是非均勻流，直接影響到流速計(jì)算的精度。同時(shí)，表中還可以看出，平均相對(duì)誤差和隨機(jī)不確定隨著深度的增加而增大，因?yàn)榛夭ǖ男旁氡入S水深增加而下降，波譜寬度增大，從而增加了流速測(cè)量的不確定度。結(jié)語本文主要分析了ADCP測(cè)流與傳統(tǒng)流速儀在感潮河段中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)比較。ADCP較傳統(tǒng)流速儀高效、經(jīng)濟(jì)、快速、精確，但同時(shí)又具有受泥沙運(yùn)動(dòng)、測(cè)船為鐵磁質(zhì)、船速過快、水深、水流含鹽度等多種測(cè)驗(yàn)環(huán)境限制的缺點(diǎn)。另外，通過大

7、量的ADCP與LS-20B流速儀的測(cè)流比較試驗(yàn)，誤差分析結(jié)果表明，ADCP的表層流速和底層流速的平均相對(duì)誤差和隨機(jī)不確定度都偏大，而且平均相對(duì)誤差和隨機(jī)不確定隨著深度的增加而增大。然而，試驗(yàn)中83個(gè)樣本的垂線流速隨機(jī)不確定度僅為8.1%，ADCP的測(cè)流精度已經(jīng)較為理想了，完全滿足流速測(cè)驗(yàn)誤差的控制。參考文獻(xiàn)田淳,劉少華聲學(xué)多普勒測(cè)流原理極其應(yīng)用M.鄭州：黃河水利出版社，2003:6-12.謝波,田岳明，葉建紅,吳建榮.ADCP河流流量測(cè)驗(yàn)及其誤差分析J.水資源研究,2007,28(4):35-36.GB50179-93.河流流量測(cè)驗(yàn)規(guī)范S.SHSW/T001-2011感潮河段與近?？谒臏y(cè)驗(yàn)及

8、資料整編規(guī)范S.Abstract:WeanalyzedtheadvantagesanddisadvantagesbetweenAcousticDopplerCurrentProfiler(ADCP)andtraditioncurrentmeter.AnditisfoundedthatADCPhavetheadvantagesofsounding,direction-findingandflowmeasuringasone,andefficiency,highspeedandaccuracy.Atthesametime,theADCPneedhighoperationrequirements.AswellasenvironmentalchangecanaffecttheADCPaccuracy,suchassediment,depthofwater,shipsspeed,saltcontentinfluenee.Throughthestudyofthe1200kHzADCPandtheLS-20BintheupperreachesoftheHuangpuRiver,weanalyzetherelativeerror,relativestandarddeviationandtherandomuncertai