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1、长江口悬沙输运观测中ADCP的应用作者：孟令鹏来源：科技资讯 2012年第3期孟令鹏（江苏省水文水资源勘测局泰州分局 江苏泰州 225300）摘要：在近些年的声学流速测量仪器当中,ADCP（声学多普勒流速剖面仪）是应用非常广泛 的仪器之一。该仪器在获得悬沙浓度数值方面,其工作方式主要构建现场取得水样与回声强度的 回归关系式，并利用该关系式来计算悬沙浓度数值。通过ADCP（声学多普勒流速剖面仪）在长江 口悬沙输运观测中实际应用,结果显示,在长江南槽与南港的全部悬沙输送的过程中,平均流输运 作用发挥着非常重要乃至主导的作用,同时,影响潮平均悬沙输运的各种因素中,斯托克斯漂移效 应（Storks-d
2、rift）导致的输运作用是非常关键的。在本文中，笔者主要探讨了 ADCP（声学多普勒 流速剖面仪）在长江口悬沙输运观测中实际应用情况。关键词：ADCP（声学多普勒流速剖面仪）输运机制 悬沙 长江口中图分类号:P73文献标识码:A文章编号：1672-3791（2012）01（c）-0083-011 悬沙输运观测方法分析综合目前的悬沙输运观测方法来看,主要有两种。具体而言,第一种方法是指基于传统方法 的水文泥沙测量。该测量方法的主要内容是,利用浊度计进行单点测量的方法,或者在断面上面 采用多船同步、沿水深依照不同层次进行水样采集的测量方法。综合来看,传统方法存在着较大 的缺陷和不足,主要表现为非常
3、繁重的测量工作量、巨大的测量成本、相对比较大的数据空间分 辨率以及较差的剖面同步等。第二种方法是指基于先进声学仪器的测量方法,该方法起源于 1975年,最初利用声学技术测量海水悬沙浓度。后来,该项技术获得了非常快速的发展和更深程 度的应用,经过多年的发展和演进,声学技术主要应用于沉积条件和动力条件均比较复杂的河口 地区或者浅海地区。借助于该技术,沉积动力学以及颗粒态物质运动力学均获得了长远的发展。ADCP,Acoustic Doppler Current Profilers,即学多普勒流速剖面仪，该仪器的主要设计目 的便是测定流速,能够有效测量获得三维的流速剖面数据,除此之外,还能够获得声学的
4、悬沙浓度 数值与声学的浊度数值,其数值精度也能够达到专业级。2基于ADCP（声学多普勒流速剖面仪）的数据测量ADCP（声学多普勒流速剖面仪）是一种非常专业的声学仪器，其工作原理主要是声波的多普勒 效应，并利用该效应来测量水流流速。ADCP（声学多普勒流速剖面仪）在工作时会向水中发射声波 短脉冲,该脉冲频率为固定频率。射入水中的脉冲在遇到散射体之后会出现散射现象;与此同时, 在水中的散射体会随着水流发生波动，散射体发射回来的声波会出现多普勒效应，并被ADCP（声 学多普勒流速剖面仪）接受。初始发射的声波频率与后期被接受到的经过散射的声波频率存在不 同,ADCP（声学多普勒流速剖面仪）会对比并分析
5、以上两种声波频率的不同，经过计算之后,便可以 获得两者之间的相对运动速度。除此之外,经过底床反射的声波信号也能够被ADCP（声学多普勒流速剖面仪）接收，经过识别 和计算之后，同时并假设水流运动速度等同于水体中散射体的运动速度，便能够获得水流相对于 地面的运动速度。一般情况下,ADCP（声学多普勒流速剖面仪）探头的数量共有四个，并且每一个 探头均能够独立完成移频信号的处理工作，即将频移信号处理完成之后将其转换成为沿着声波方 向独立的流速分量。ADCP（声学多普勒流速剖面仪）所发射的声波信号会和被测水面之间形成一 定的夹角，我们根据该夹角，可以将沿着声波方向独立的流速分量划分为成为垂直分量与水平分
6、 量。最后，利用诸多预先设定的参数，例如测量船的航向、横摇角度、纵摇角度以及安装 ADCP（声学多普勒流速剖面仪）的角度等等,计算并校正仪器四个探头所获得的各种数据参数，至 此我们便可以获得被测水流流速的垂向分量、北向分量以及东向分量。3计算长江口悬沙水平通量公式依照潮周期与断面，瞬时流速可以分解为横向偏差、垂向偏差以及潮平均项的和，具体可以 参照以下公式：A-7. Bi 审 Tlr. ffl ifti aB M* fl H ;rr hi tr ii- ah t Kv in Mk i- st . i in 厂 存 r.-+| arj m； iin mi *!*二Vt , JJI W1 Hti
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9、* I r ；n l- i !：rtij .1 .M r til . ifAlfl- -H Ih I . All I I Ji . fl i= 1h 0 “Im wh 1. n bij，亡 I； v K 07 F参考文献1 茅志昌，潘定安,沈焕庭长江河口悬沙的运动方式与沉积形态特征分析J.地理研 究，2001,(02)： 125 126.2 王道增，樊靖郁,钟宝昌上海长江口陈行水库泥沙沉降率研究A.第九届全国水动力学 学术会议暨第二十二届全国水动力学研讨会论文集C,2009： 103105.3 张志林，李秀文,王元叶，等应用ADCP监测长江口北槽10号抛泥区的泥沙扩散场A. 第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(下册)C,2009: 155158.4 金魏芳，梁楚进,周蓓锋，等应用走航式ADCP测量分析与验证金塘水道的高悬沙浓度 J.海洋学研究,2009,(03)： 225226.
长江口悬沙输运观测中ADCP的应用
