在感潮河段中ADCP与常规流速仪的测流应用比较

1、在感潮河段中ADCP与常规流速仪的测流应用比较摘要：将ADCP与传统流速仪的进行优缺点比较，ADCP较传统流速仪具有集测深、测流、测向一体，高效、快捷、精确的优点，但同时有具有操作要求高，且易受到泥沙、水深、船速、含盐度等测验环境影响的缺点。通过1200KHZ的ADCP与LS-20B的在黄浦江上游的试验比较，分析了其相对误差、相对标准差和随机不确定度。在感潮河段中，ADCP的应用精度满足测验误差的要求。关键词：ADCP优缺点LS-20B误差分析引言声学多普勒流速剖面仪(AcousticDopplerCurrentProfiler)简称为ADCP，它利用多普勒效应原理进行流速测量，由声波换能器发

2、射声波脉冲，声波脉冲通过水体时，被水中泥沙颗粒、浮游生物或气泡等反散射体反射，再由换能器接收脉冲信号，经测定多普勒频移变化而测算出流速。1尽管ADCP在理论试验和某些国家或地区已经被广泛证实可行，然而，各地水文特性的复杂和地形、水质不同等各因素的影响，以及ADCP本身的许多参数设置和操作，决定了它需要经过大量的比测试验数据支撑其应用准确、高效测流的优点。ADCP测流与传统流速仪的优缺点比较2.1ADCP测流的优点（1）传统流速仪进行流量测验时需要缆道或垂线定位，缆道建设和维护代价较为昂贵，垂线定位比较繁琐，而且需要垂直于河岸；而ADCP测流只需安装于动船上，估算岸边距，航迹线无需严格垂至于河岸

3、，就直接可以进行全断面测流。（2）传统流速仪的测验方式是静态的；而ADCP测验方式是既可以用于随船动态测量又可以用于固定安装静态测量。（3）传统流速仪所测得的数据是单点数据，并且需要较长历时；而ADCP所测数据为各水深单元的数据而不仅仅是离散点上的数据，且历时较短，几乎为瞬时数据。（4）传统流速仪测流过程中，需要借助手工或机械并利用测深仪以达到不同水深多点测量的目的，费时费力，且容易引起流场扰动；而ADCP集测深、测流一体，自动省力、效率节能。2.2ADCP测流的缺点（1）ADCP初始费用较高，且操作复杂，要求操作人员除了掌握水文专业知识外，还需精通固件安装、软件使用、通信原理等各种关键技术。

4、（2）ADCP测流应用除了受自身吃水深、盲区和旁瓣干扰的因素影响外，ADCP测流受多种测验环境限制。在河道流量测验中，受到影响的因素主要有泥沙运动、测船为铁磁质、船速过快、水深、水流含盐度等。在感潮河段中ADCP与传统测流仪器LS-20B流速仪的测验误差分析试验时间为2010年11月份，断面为黄浦江上游松浦大桥上游200米处，仪器采用RDInstruments公司的1200kHz的WorkhorseRioGrandeADCP和旋桨式流速仪LS-20B（测速范围：0.0515m/s,相对误差：VVK时，V1.5%;VvVK时,%）,测速垂线位置为起点距约80米处。6台LS-20B型流速仪在同一垂

5、线上不同水深处同时测验（0.0,020.4,0.6,0.8,1.0,ADCP固定在20B流速仪测速垂线位置迎水上方5米处进行不间断同步观测。ADCP命令输入为：WP4,BP4,WS15,WN150，采用底跟踪模式（BTM）。对于ADCP成果资料进行后处理，按照20B流速仪测验时刻和时段，根据测时水深，对于20B流速仪所测6点不同的水深提取测点流速，表层和底层分别按流速曲线趋势进行外延。分别从大、中、小潮，涨、落不同阶段，选取垂线平均流速大小范围0.16m/s0.72m/s的样本83个，进行相对误差和随机不确定度计算。相对标准差为：由表中可以看出ADCP的表层流速和底层流速的平均相对误差和随机不

6、确定度都偏大，对于ADCP非实测区中的表层或底层，通常借助于三点外延法或指数流速剖面法来推算表层或底层平均流速，其假设条件是明渠均匀流流速在垂向上的分布可以由指数公式或三点外延来表示。而天然河流通常是非均匀流，直接影响到流速计算的精度。同时，表中还可以看出，平均相对误差和随机不确定随着深度的增加而增大，因为回波的信噪比随水深增加而下降，波谱宽度增大，从而增加了流速测量的不确定度。结语本文主要分析了ADCP测流与传统流速仪在感潮河段中应用的优缺点比较。ADCP较传统流速仪高效、经济、快速、精确，但同时又具有受泥沙运动、测船为铁磁质、船速过快、水深、水流含盐度等多种测验环境限制的缺点。另外，通过大

7、量的ADCP与LS-20B流速仪的测流比较试验，误差分析结果表明，ADCP的表层流速和底层流速的平均相对误差和随机不确定度都偏大，而且平均相对误差和随机不确定随着深度的增加而增大。然而，试验中83个样本的垂线流速随机不确定度仅为8.1%，ADCP的测流精度已经较为理想了，完全满足流速测验误差的控制。参考文献田淳,刘少华声学多普勒测流原理极其应用M.郑州：黄河水利出版社，2003:6-12.谢波,田岳明，叶建红,吴建荣.ADCP河流流量测验及其误差分析J.水资源研究,2007,28(4):35-36.GB50179-93.河流流量测验规范S.SHSW/T001-2011感潮河段与近海口水文测验及

8、资料整编规范S.Abstract:WeanalyzedtheadvantagesanddisadvantagesbetweenAcousticDopplerCurrentProfiler(ADCP)andtraditioncurrentmeter.AnditisfoundedthatADCPhavetheadvantagesofsounding,direction-findingandflowmeasuringasone,andefficiency,highspeedandaccuracy.Atthesametime,theADCPneedhighoperationrequirements.AswellasenvironmentalchangecanaffecttheADCPaccuracy,suchassediment,depthofwater,shipsspeed,saltcontentinfluenee.Throughthestudyofthe1200kHzADCPandtheLS-20BintheupperreachesoftheHuangpuRiver,weanalyzetherelativeerror,relativestandarddeviationandtherandomuncertai