HYT 184-2015 海洋盐差能调查技术规程

中华人民共和国海洋行业标准海洋盐差能调查技术规程I 1范围 2规范性引用文件 3术语和定义 4调查要素 25技术指标 26调查方式 27调查的基本程序 8一般规定 9调查方法 410资料整理 511海洋盐差能计算方法 512报告编写 6附录A(规范性附录)ADCP走航流量测量方法 7附录B(资料性附录)海洋盐差能调查报告格式 Ⅲ本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准由国家海洋技术中心提出。本标准由全国海洋标准化技术委员会(SAC/TC283)归口。本标准起草单位：国家海洋技术中心。1海洋盐差能调查技术规程本标准规定了海洋盐差能调查的要素、方式方法、基本程序、一般规定、数据统计处理方法和资料整理与汇编。本标准适用于江河入海口水域的海洋盐差能调查。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T7713.3科技报告编写规则GB/T12763.1—2007海洋调查规范第1部分：总则GB/T12763.2—2007海洋调查规范第2部分：海洋水文观测GB/T12763.7—2007海洋调查规范第7部分：海洋调查资料交换GB/T19834—2005海洋学术语海洋资源学GB50179—1993河流流量测量规范SL337—2006声学多普勒流量测量规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。海洋盐差能marinesalinitygradientenergy淡水和海水之间所存在的一种物理化学能，以渗透压形式表现出来。单位时间内通过河流入海口断面的平均淡水体积。元数据metadata关于数据的内容、质量、状况及其他特性的信息。深度单元depthcell声学多普勒流速仪在水深方向采用分层流速测量，实测流速是每一层(即单元)内流速的平均值。层的深度可以设置，剖面上的层即为深度单元。2根据仪器或观测条件等因素的不同，统一规定的由数次观测组成的观测单元称为测回。本标准定义走航式测量，从某岸走航测至另一岸，然后从该岸走航测量至起始岸的两个航次的测量称为一个测4调查要素海洋盐差能调查要素主要包括：a)淡水径流量(由获取的流速、流向、断面的深度和长度数据计算得出);5技术指标海洋盐差能调查要素技术指标见表1。表1海洋盐差能调查要素技术指标流速/(cm/s)水温/℃当流速<100cm/s时，应优于±3cm/s;当≥100cm/s时，应当水深<30m时，应优于±0.3m;当水深≥30m士0.2士0.26调查方式淡水径流量应采用走航连续或断面连续观测。走航连续观测是在观测断面上使用单船或多船携带声学多普勒海流剖面仪(ADCP)采集数据；断面连续观测是观测断面上设计多个观测点，在观测点上使用ADCP、流速仪或浮标测流仪器测流。水温和盐度应采用同步连续观测。7调查的基本程序7.1调查前准备工作内容包括：a)确定调查组成员，明确责任分工；b)收集并分析调查海区与调查任务相关的历史调查资料；c)根据对相关历史调查资料的分析结论，进行调查的技术设计；d)编写调查计划；f)经费预算；h)仪器设备检定校准应按GB/T12763.1—2007中8.1规定执行；i)协调调查船和相关出航手续。3a)流量测量宜选用ADCP或流速仪等；4b)测量断面所在的河段宜顺直、稳定、水流集中，无分流岔流，斜流、死水等现象；c)河面较窄、通视条件好、横断面较单一、受风浪影响较小；d)当河段内有固定分流，分流量超过断面总流量的20%,且两者之间没有稳定关系时，应分别设置断面进行测量；e)断面超过3km时应分段同步测量；f)其他设站原则应按照GB50179—1993第2章中相应的条款规定进行测量河段的选择、踏勘和断面布设。8.3.2水温和盐度测量站位布设基本原则应满足以下基本原则：a)断面和站位的分布、数量，应以满足数据计算的需求及图件的比例尺要求为依据；b)断面和站位的布设，应根据该区域地貌特征和水文条件，合理布局；c)断面的设置方向，应与江河入海的淡水流向一致，站位可采用等距离或等深线分布。8.4观测时次观测周期为一年，每月按大、中、小潮期施测，每个潮期观测时间长度内至少包含一个涨潮和落潮，落潮每小时测量一次，涨潮每半小时测量一次。8.5质量控制海洋盐差能调查质量控制按GB/T12763.1—2007第5章的规定执行。8.6原始数据资料验收移交航次调查结束后，应对原始数据资料进行验收和移交，具体程序应符合GB/T12763.1—2007第13章的规定。8.7数据资料处理报告经过后处理的数据资料，须编写数据资料处理报告。主要内容包括：a)数据来源和基本信息；b)数据处理方法和结果；c)数据存在问题；d)数据处理人员和数据处理日期；e)数据处理的质量控制方法。9调查方法9.1历史资料收集历史资料的收集主要包括以下内容：a)江河入海口附近水文站观测的连续5年以上的径流量和1年以上潮位历史数据；b)江河入海口外海洋站和浮标等观测的1年以上海水温度、盐度数据；c)调查区域的地理、气候状况，流场、波浪、温盐等水文动力环境状况，水深地形、海底地貌及地质结构等状况，灾害、功能区划、社会经济等状况等。59.2流量测量方法流量的测量包括以下两种方法：a)通过流速仪和浮标等方法进行断面测流，同时进行测深，从而计算流量，应按照GB50179—1993的要求执行；b)ADCP进行流量的测量宜采用走航式测量，测量方法见附录A。9.3水温和盐度测量方法应在流量测量断面上选取一个测点进行同步温度、盐度测量，并沿淡水流向方向上设置若干断面，在断面上布设若干站位，设站要求见8.3.2。在站位上应按照GB/T12763.2—2007中相应的规定进行连续同步观测剖面水温和盐度，并进行记录。10资料整理10.1一般规定按照GB/T12763.7—2007第4章的规定进行资料的整理。10.2调查资料元数据元数据层次结构、特征、性质和内容应符合GB/T12763.7—2007第5章的相关要求。10.3调查资料交换格式各调查要素交换格式可按以下要求执行：a)使用ADCP测量淡水流量的记录表格参考SL337—2006中附录B,ADCP走航测流量资料交换格式按照GB/T12763.7—2007中6.2.3的规定执行；b)通过测量断面流速和水深以计算出淡水流量，其相关的资料交换格式按照GB/T12763.7—2007中6.2和11.2的规定执行；c)水温、盐度调查资料交换格式按照GB/T12763.7—2007中6.1的规定执行。10.4流量数据处理走航式声学多普勒单次流量数据处理方法可按照SL337—2006中附录C和附录D执行。11海洋盐差能计算方法11.1海洋盐差能理论蕴藏量理论蕴藏量可按式(1)计算：N=πQ…………式中：N——盐差能理论蕴藏量，单位为瓦(W);π——渗透压，单位为焦耳每立方米(J/m³);Q——多年平均淡水径流量，单位为立方米每秒(m³/s)。11.2渗透压淡水与海水间的渗透压是海水盐度和温度的函数，随着盐度和温度的增高而增大。同时，渗透压还6π=CRT (2)i——范特荷夫系数(Van'tHoffcoefficient),对海水此值接近电离数2; △T₈=9.66×10-²Cl+5.2×10-⁶(Cl)³ (5)Cl=(S-0.030)/1.8050 π₀——海水0℃时渗透压，单位为焦耳每立方米(J/m³);7(规范性附录)ADCP走航流量测量方法A.1走航式流量测量的一般要求A.1.1走航式流量测量，应根据所测断面的水深、流速和含沙量等情况选用合适频率的声学多普勒流速仪。A.1.2可根据需要，确定是否外接卫星定位系统、外部罗经、测深仪。外接设备的刷新频率或采样频率宜大于声学多普勒流速仪流量测量的采样频率。外接设备应按照各自产品标准中规定的率定(校准)周期进行率定(校准),并应符合以下要求：a)卫星定位系统应能提供定位精度在亚米级以上的实时数据；b)外部罗经的测角分辨率应不大于1.5°;c)测深仪的工作频率不致对声学多普勒流速仪形成同频干扰。A.1.3声学多普勒流速仪入水深度应记至0.01m。A.1.4水边距离可用标尺或电子测量装置测量。外接卫星定位系统时，可根据测船起点、终点位置，利用测流断面成果计算水边距离。A.1.5在测量前应根据断面情况、可能最大流速、测船动力情况和测量要求设置声学多普勒流速仪参数。A.2操作的一般要求A.2.1采用声学多普勒流速仪进行流量测量，操作人员应经过培训，且达到如下要求：a)应熟悉声学多普勒流速仪设备使用技术手册；b)应能熟练使用厂家提供的自检程序对声学多普勒流速仪设备进行检验；c)应能根据测量水域水文泥沙特性对声学多普勒流速仪设备的各项系统参数进行优化设置；d)应能对流量测量成果的合理性进行检查；e)应熟悉资料备份及存储管理；f)应熟悉仪器的安装、拆卸，掌握常见故障的排除等。A.2.2船舶驾驶员应熟悉测量断面附近河流的水深、水流情况，能根据流速、流向情况等确定适当的航速，并根据导航系统或断面标识，保持测船沿预定断面航行。A.3走航式声学多普勒流速仪的安装A.3.1安装支架应满足下列要求：a)设计应以结构简单、操作方便、升降转动灵活、安全可靠为原则；b)应根据所使用仪器的结构特点专门设计、定制安装支架，或直接使用仪器生产商提供的配套支架；c)应采用防锈、防腐蚀能力强，重量轻，强度大的非磁性材料制作；d)结构应牢固稳定，不因水流冲击或测船航行等原因导致倾斜；e)宜配置仪器传感器保护装置。8A.3.2声学多普勒流速仪一般可安装在船头、船舷的一侧或穿透船体的竖井内，并应符合下列规定：a)声学多普勒流速仪安装位置离船舷的距离，木质测船宜大于0.5m,铁磁质测船宜大于1.0m;b)仪器传感器的入水深度，应根据测船航行速度、水流速度、水面波浪大小、测船吃水深、船底形状等因素综合考虑，使传感器在整个测量过程中始终不会露出水面。入水后，应保证船体不会妨碍信号的发射和接收；c)铁磁质测船竖井内安装时，应外接罗经。A.3.3垂直方向，应保证仪器纵轴垂直，呈自然悬垂状态；水平方向，应使仪器传感器上的方向标识箭头与船体纵轴线平行。A.3.4在仪器安装过程中，应防止碰撞仪器的传感器表面。仪器应安装牢固。A.3.5信号线、电源线正确连接后方可通电工作。A.3.6外接设备的安装应符合下列规定：a)卫星定位系统天线宜安装在声学多普勒流速仪正上方平面位置1m以内；b)外部罗经的安装指向应与船艏方向一致。当为磁罗经时，安装位置离船上任何铁磁性物体的距离应不小于1m;c)测深仪换能器宜垂向安装在声学多普勒流速仪同侧，测量过程中换能器不应露出水面。A.3.7成套走航设备可根据产品说明书的要求进行安装。A.4测量准备工作A.4.1根据断面河床、水流、泥沙特性和测船，准备必要的外接设备。外接设备包括外部罗经、回声测深仪、卫星定位系统等。A.4.2声学多普勒流速仪安装使用前应按照下列要求进行预检：a)仪器是否有污损、变形等；b)供电系统输出的交、直流电压是否符合仪器标称要求；c)使用外部设备时，应检查相应设备运转情况是否正常；d)使用的电缆和插接件应逐一清点，应备有足够的备件。A.5现场操作A.5.1声学多普勒流速仪安装完成后，应对所有电缆、电路的连接进行检查。A.5.2测前应对声学多普勒流速仪进行自检，并记录自检结果。A.5.3声学多普勒流速仪宜安装在非铁磁物质的测船上进行测量。对铁磁物质测船，应安装外部罗经。A.5.4测流断面有底沙运动时，应采用卫星定位系统测量船速。A.5.5在底跟踪可能失效时，应调整参数进行试测；测不到最大水深时，应配置测深仪测深。A.5.6测量前，应对使用的罗经(外部罗经或内部罗经)进行校验。A.5.7每次测量前，应根据现场条件按照以下要求对仪器参数进行设置：a)深度单元尺寸应不小于设备允许的下限，深度单元数不超过设备允许的上限，同时深度单元尺寸与深度单元数的乘积不应小于所测断面的最大水深；b)每个数据组水跟踪脉冲采样数和底跟踪脉冲采样数(或脉冲时间间隔)可根据断面宽窄、水深大小进行设置；c)应根据断面形状、水深大小情况选择合适的工作模式；d)盲区的设置应不小于厂商推荐的最小盲区；9e)换能器入水深度应根据实际测量值设置；f)对水体含盐度较高的断面，应设置修正声速的盐度值；g)配置文件应与原始数据文件储存在计算机的同一个文件目录内。A.5.8数据采集前，断面位置、测量日期、设备、配置文件和测量软件版本等信息应在声学多普勒流速仪测量记载表中记录。A.5.9测船应沿预定断面航行，船艏不应有大幅度摆动。测船横渡速度宜接近或略小于水流速度。A.5.10测量时，测船应从断面下游驶入断面，在接近起点位置时，航行速度沿断面保持正常速度，直至终点。A.5.11每半测回测量，均应记录航次、横渡方向、左/右水边距离、原始数据文件名等信息。A.5.12应选择合适的外推方法(常数或指数方法等),估算上、下盲区流量。A.5.13岸边流量的估算，应正确选用岸边流速系数。岸边流速系数可通过比测确定，或根据断面形状按照表A.1确定。表A.1岸边流速系数α值陡岸值A.5.14实测流量的相应水位计算应符合GB50179—1993的规定。A.5.15断面流量包括直接测出的部分流量、岸边流量及上下盲区流量。在测量结束后应对测量情况及结果进行评价。按照软件“回放”模式对每组原始数据进行审查，保证数据的完整性、正确性以及参数设置的合理性。b)应计算实测区域占整个断面的百分率(代表测量的完整性),记录诸如湍流、涡流、逆流和仪器与铁磁物体的靠近程度等可能影响测量结果的现场因素，以此来评价流量测量的质量。应计算所测流量的算术平均值、每半测回流量值与平均值的偏差。如果最大偏差大于5%,应根据水情变化情况和测量过程进行分析，并按照下列不同原因进行处理：1)属仪器安装、参数设置不当等原因，且不能进行有效校正的，则重新测量；2)属水情涨落变化快，可用一个测回的实测流量计算平均值；3)水情平稳，且原因不能准确分析的，可增加一个测回，计算实测流量值最接近的连续2个测回的平均值；4)采用上述方法进行处理，如果最大偏差仍然大于5%,则采用其他仪器或方法重新测量。A.6流量测量A.6.1流量相对稳定时，应进行两个测回断面流量测量，取均值作为实测流量值。A.6.2(潮)流量在短时间内变化较大时，可适当减少测回。一般宜完成一个测回，特殊情况可只测半测回，但应作出说明。A.6.3潮汐河段上、下盲区的插补模型宜根据测量断面典型时刻流速沿垂线分布特征，确定合理的插补模型。A.6.4对于河口区宽阔断面，同一断面宜采用多台仪器分多个子断面同步测量的方案。A.7流量测量文件编制和存档A.7.1流量测量文件名的编制应由断面名和流水号组成。相应的卫星定位系统、罗经及测深仪数据应按照流量测量文件名流水号及类型编制。A.7.2测量成果整理应按照以下要求进行：a)应对流量测量成果进行初步评价，内容按照A.5.16的要求执行。b)系统设置、系统自检和流量测量总结文件打印并附在现场记录表后保存。c)应计算并整理实测流量成果，内容包括相应水位计算、断面面积、水面宽、断面平均流速、最大测点流速、平均水深、最大水深等，并应符合以下要求：1)相应水位计算应符合GB50179—1993的规定；2)断面面积、水面宽采用各测回测量值的算术平均值；3)断面平均流速采用各半测回的算术平均值。每半测回的断面平均流速为所测流量除以所测断面面积；4)最大测点流速取每半测回最大值。每半测回的最大测点流速取各深度单元流速最大值。各深度单元流速采用含有30个脉冲的数据组滑动平均值；5)平均水深采用各半测回的算术平均值；每半测回的平均水深为所测面积除以所测水面宽；6)最大水深计算则直接采用各半测回测量的水深最大值作为最大水深。A.7.3流量测量成果应使用声学多普勒流速仪专用流量测量记录表进行记载。在处理声学多普勒流速仪测量值时，必须仔细审查测量数据。测量数据可从下列几方面进行审查：a)盲区设定是否正确；b)声学多普勒流速仪深度设定是否正确；c)盲区插补方法是否恰当；d)深度单元数量是否适当；e)其他参数设置是否正确；f)有没有作底沙运动检测；g)是否沿断面进行施测；h)航速是否过快；i)水边距离是否进行了测量；j)罗经是否经过标定；k)卫星定位系统精度是否满足要求；1)现场记录是否正确详细；m)数据存档方法是否符合要求；n)在需要摘录流速流向的垂线位置上是否有数据；o)测回数是否满足要求；p)各半测回流量测量值与平均值的最大偏差是否符合要求。A.8声学多普勒流速仪流量测量误差来源A.8.1走航式流量测量误差来源，包括下列各项内容：a)船速测量误差；b)仪器安装偏角产生的误差；c)流速脉动引起的流速测量误差；d)水位、水深、水边距离测量误差；e)采用流速分布经验公式进行盲区流速插补产生的误差；f)仪器入水深度测量误差；g)水位涨落率大时，相对的测流历时较长所引起的流量误差；h)仪器检定误差。A.8.2垂向代表线法流量测量误差来源，包括下列各项内容：a)水位、水深测量误差；b)流速脉动引起的垂线流速测量误差；c)实测流速与断面平均流速的关系误差；d)借用断面面积与断面实际面积之间的误差；e)仪器检定误差。A.9声