走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南.doc

走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 141 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 前 言 为了推广应用声学多普勒流速剖面仪进行流量测验 保证声学多普勒流速剖面仪在 河流流量测验中操作的规范化及数据采集和资料处理的精度 为今后贯彻执行水利部水 文行业标准 声学多普勒流速剖面仪流量测验规范 作好技术准备 我局特组织编制 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 简称 指南 供各单位在 使用声学多普勒流速剖面仪进行流量测验时遵循和执行 本 指南 是在认真总结我局走航式声学多普勒流速剖面仪流量测验工作的实践经 验 参考国内外有关使用经验和技术资料 针对需要解决的实际问题开展大量比测试验 与研究工作 并广泛征求我局有关单位和专家意见的基础上编制而成 鉴于本 指南 系初次编制 希望各单位结合走航式声学多普勒流速剖面仪流量测 验实践和科学研究 注意积累资料 如发现需要修改和补充之处 请将意见和建议反馈 技术管理处或水文技术研究所 以便今后改进 完善 指南 解释 技术管理处 指南 主编 水文技术研究所 指南 参编 技术管理处 长江水利委员会水文局 二 oo 四年十二月二十日 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 142 目 录 1 总 则 145 1 1 目的 145 1 2 适用范围 145 1 3 有关标准和规范 145 1 4 基本要求 术语 符号和含义 145 2 仪器设备购置技术选型 145 2 1 声学多普勒流速剖面仪 145 2 1 1 选型 145 2 1 2 主要工作参数 146 2 1 3 应注意以下技术事项 146 2 2 外接设备 146 2 2 1 gps 146 2 2 2 罗经 147 2 2 3 回声测深仪 147 3 仪器设备安装 147 3 1 声学多普勒流速剖面仪安装要求 148 3 2 外接设备配置要求 148 3 3 外接设备安装要求 149 3 3 1 gps 安装 149 3 3 2 罗经安装 150 3 3 3 测深仪安装 151 4 测验操作程序 151 4 1 仪器预检 151 4 1 1 声学多普勒流速剖面仪自检 151 4 1 2 设备检查 151 4 2 文件设置 152 4 2 1 数据文件名格式 152 4 2 2 设置通讯口 152 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 143 4 2 3 用户选项 152 4 2 4 单位 153 4 2 5 参考 153 4 2 6 配置向导 153 4 2 7 检查设置参数 154 4 2 8 保存配置文件 154 4 3 设备集成检测 154 4 4 流量测验 155 4 4 1 测验记录 155 4 4 2 采集 155 4 4 3 垂线流速测验应满足下列要求 155 4 4 4 断面流量测验要求 155 4 4 5 检查原始数据 156 4 4 6 仪器检查与保管 157 5 资料整理与合理性检查 157 5 1 备份 157 5 2 资料整理 157 5 2 1 垂线流速 157 5 2 2 断面最大流速 158 5 2 3 断面最大水深 159 5 2 4 断面流量 159 5 2 5 其它水文特征 159 5 2 6 悬移质输沙率测验数据整理 159 5 2 7 为成果与现行相关技术标准的衔接积累经验和资料 160 5 3 合理性审查 161 5 3 1 与流量测验 整编规范的要求一致 161 5 3 2 审查测验数据 161 5 3 3 审查成果 161 5 3 4 数据处理 162 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 144 6 测验成果质量控制 162 6 1 质量控制 162 6 2 报批制度 162 6 2 1 程序 162 6 2 2 比测报告的主要内容 163 6 3 声学多普勒流速剖面仪的检校 163 6 3 1 流速 流量与流向等项目的比测 163 6 3 2 比测条件 163 6 3 3 检校比测下列方法及要求 163 6 3 4 比测后的处置 164 6 3 5 比测时机 164 7 操作人员培训 164 7 1 操作人员的上岗条件 164 7 2 主要技术资料 165 7 3 培训要求 165 7 4 声学多普勒流速剖面仪培训的主要内容 165 7 3 1 基本概念 165 7 3 2 流量测验原理和方法 165 7 3 3 技术分析方法 165 7 3 4 实际操作 166 附录一 声学多普勒流速剖面仪比测试验与开发研究 节选 167 附录二 概化垂线流速分布幂指数计算方法 181 附录三 流动河床检测与河底 沙速 计算方法 183 附录四 岸边流速系数选择 185 附录五 底层盲区厚度计算 187 附录六 回放及处理功能及应用 188 附录七 声学多普勒流速剖面仪 adcp 相关名词解释 190 附录八 测验记载表格式 195 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 145 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 1 总 则 1 1 目的 为规范我局走航式声学多普勒流速剖面仪的使用 确保测验资料成果质量 为今后 贯彻执行水利部水文行业标准 声学多普勒流速剖面仪流量测验规范 作好技术准备 特编制本 指南 1 2 适用范围 a 本 指南 适用于我局应用多普勒流速剖面仪作为基本资料收集手段的流量测 验工作 从事其他水文勘测工作可参照执行 b 本 指南 的内容及要求适应于走航式声学多普勒流速剖面仪流量测验 其他 如水平式 定点式 缆道牵引式等声学多普勒流速剖面仪流量测验可参照相关的内容和 要求 1 3 有关标准和规范 使用声学多普勒流速剖面仪进行流量测验 除参照本 指南 外 尚应执行国家现 行有关标准和规范 1 4 基本要求 术语 符号和含义 指南 中有关水文测验的基本要求 术语 符号和含义均遵循国家现行有关标准 2 仪器设备购置技术选型 2 1 声学多普勒流速剖面仪 2 1 1 选型 根据测验河段水文特性 测站特征和水深 流速 含沙量等水文要素特征综合考虑 尽量选择适用范围大的型号 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 146 2 1 2 主要工作参数 选型时参考的主要工作参数见表 2 1 2 表 2 1 2 各型声学多普勒流速剖面仪的工作参数 系统频率 khz 1200600300150 最小盲区 m 0 50 512 最大工作水深 m 2060160300 最大流速根据测流模式设定 最大为 20m s 测验单元个数根据需要设置 可多达 128 个 2 1 3 应注意以下技术事项 a 工作参数中最大工作水深是理想条件下的指标 所谓理想条件是指水体中含沙 量较低的情况 随着含沙量增大 其实际工作水深会减小 b 高含沙量的影响与声学多普勒流速剖面仪的频率有很大关系 频率越高 声波 穿透能力越差 对含沙量越敏感 频率越低 声波穿透能力越强 对含沙量越不敏感 c 对大部分河流 高含沙量的影响可能使底跟踪和水深测验失效 这是因为声学 多普勒流速剖面仪根据回波强度沿深度变化曲线在河底处突起的峰值来识别河底 由于 河底沉积物介质密度较高 当水体中含沙量较低时 通常河底处的回波强度会大大高于 水体中颗粒的回波强度 然而当水体中含沙量高到一定程度 水体中颗粒的回波强度会 增大到与河底处的回波强度相接近 这时回波强度沿深度变化曲线在河底处不出现突起 的峰值 声学多普勒流速剖面仪不能从该曲线上识别河底的位置 2 2 外接设备 由于长江内河河流水文特性 测站特征及水文测船材质 一般为铁质测船 等因素综 合影响 声学多普勒流速剖面仪流量测验时 需要配置相应外接设备 测站应根据具体 需要 准备下列仪器设备 2 2 1 gps 为保证利用 gps 全球卫星定位系统 测定船速的精度 gps 应满足下列要求 a 测验精度至少要达到亚米级 并具有差分功能 b 使用 rs232 或 rs485 接口 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 147 c 标准协议 nmea0183 2 2 2 罗经 为消除铁质船对声学多普勒流速剖面仪磁场的干扰影响 保证测流准确性和测验精 度 应配置满足下列要求的外接磁罗经或电罗经 a 航向 0 5 dip 50 1 5 dip 75 重复性 0 3 分辨率 0 1 b 横滚和俯仰 范围 40 精度 4 倾斜小于 20 6 倾斜大于 20 重复性 2 分辨率 0 1 c 磁场 动态范围 最大1 0gauss 0 5gsuss 范围 分辨率 1mgauss 0 5gsuss 范围 d 接口 串口 rs232 或 rs485 标准协议 nmea0183 2 2 3 回声测深仪 为解决高含沙量条件下底跟踪和水深测验失效问题 应配置满足下列要求的外接回 声测深仪 a 水深测量精度满足水文规范要求 b rs232 或 rs485 接口 c 标准协议 nmea0183 3 仪器设备安装 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 148 3 1 声学多普勒流速剖面仪安装要求 a 设计具有一定灵活性 易于仪器安装及仪器快速升降或离开水面的仪器安装架 b 安装架必须牢固 经相关计算 应能够承受测船航行时水流所产生的冲击 c 应保证安装位置受船体摇摆影响较小 船体摇摆幅度不超过5 范围的测验 河段 宜安装在测船头部或穿透船体的井内 摆幅较大时 应尽量安装在测船重心处 d 在保证航行安全条件下 离含铁物体 如铁船体 铸铁组件或发动机等 距离不 应小于 1 0m e 换能器应垂直安装 正向 一般为换能器 3 箭头的指向 指向船头 应尽量与测 船中轴线平行 f 测验时的换能器入水深度一般不宜小于 0 5m 以避免露出水面 发生空蚀现象 但换能器入水太深 会引起较大表层盲区 表层盲区厚度变化 主要取决于换能器入水深度和仪器频率 不同入水深度 频率 与表层盲区大小关系参考值 见表 3 1 3 2 外接设备配置要求 a 采用声学多普勒流速剖面仪进行流量测验 测站应根据河段水文特性 河底走 沙程度及测船质性 铁船 木船 等条件 参考图 3 1 的示意要求 配置相应外接设备 表 3 1 表层盲区大小试验实测参数成果表 单位 m 300khz 型600khz 型 探头入水深表层盲区探头入水深表层盲区 0 32 400 31 24 0 52 700 51 40 0 72 950 71 55 0 93 100 91 60 1 03 151 01 64 1 13 201 11 65 1 23 251 21 70 说明 表中数据根据试验实测数据统计 300khz 型测量单元厚度 1 0 1 05m 600khz 型 0 52m 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 149 图 3 1 声学多普勒流速剖面仪外接设备配置要求 b 铁质测船无论何种条件下 都必须外接罗经 电罗经或磁罗经 设备 否则会 引起较大的流速流向测验误差 c 经比测试验 当河底床面泥沙输移速度 vs 0 2m s 时 采用 底跟踪 方式 测得的流量与流速仪法流量的相对误差超过 5 为保证测验精度 必须外接 gps 设备 d 当河底床面泥沙输移速度 vs 0 2m s 时 可不外接 gps 设备 利用 底跟踪 方式测验 为保证测验精度 应根据本测站流量比测成果 进行误差分析 即声学多普 勒流速剖面仪 底跟踪 方式四个单次的平均流量与流速仪法一次流量的相对误差不应 超过 5 e 河底床面泥沙平均输移速度 vs检测与计算方法见附录三 3 3 外接设备安装要求 3 3 1 gps 安装 a gps 用于声学多普勒流速剖面仪流量测验 应严格按水文局 水位 雨量自记 仪及 gps 投产使用暂行规定 的要求进行安装 操作 b gps 天线尽可能安装在声学多普勒流速剖面仪探头上方 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 150 3 3 2 罗经安装 a 电罗经安装位置视测船空间具体情况而定 最好安装在测验人员操作间 以便 于操作 维护和检修 b 磁罗经应尽量避免测船上任何含铁物体 如铁壳 铸铁组件或发动机等 的影 响 c 磁罗经应安装在专门木质工作台上 与含铁物体相距不应小于 1 0m 安装位置 视船型大小 尽量选择空间较大的船舱 如会议舱 测验人员操作间 驾驶舱等处 有 适用条件的测船 也可将工作台安装在测船顶端 安装应牢固 采取防雨防潮 安全等 措施 以保证磁罗经正常工作 d 不允许将磁罗经悬吊在操作舱 间 的顶板和随意放在测船甲板上 e 磁罗经安装方向 一般标有箭头指示 尽量与船体中轴线平行 偏差不应大于 5 f 磁罗经一经安装 标定后 在今后测验过程中不应随意移动或改变方向 如遇 改变 应对罗经重新标定 否则会产生航向误差 磁罗经标定后仅对标定区域有效 一旦使用地域变化或磁罗经安装环境的磁场发生 变化 必须重新标定 g 标定方法 磁罗经规范地安装固定后 按照说明书方法进行标定 常规标定方法为 安装 运行相关软件 在水流相对平稳处 船舶缓慢顺 逆时针各航行一周 360 在船舶允许范围内最大限度地俯仰和横倾 将标定参数置入罗盘 h 标定正确性判断 罗经标定是否正确 应与流速流向仪同步观测 进行断面平均流向对比分析 也可 将声学多普勒流速剖面仪测得断面流向 测流软件回放菜单中 查看 列表查看 流量列 表 详细流量列表 流向 多次平均值与本站断面线方位角或平均流向等参考值进行对比 一般偏差在 5 内即认为符合标定允许误差 如发现明显错误 需重新标定或重 新寻找罗经安装位置 无论采用何种型号外接磁罗经 必须规范地标定 罗经标定质量的好坏 直接影响 测流结果精度 声学多普勒流速剖面仪走航测量时 首先必须做好这项工作 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 151 3 3 3 测深仪安装 a 测深仪换能器应严格按水文局有关规定进行安装 操作 b 安装位置 应尽可能安装在声学多普勒流速剖面仪旁边 换能器应垂直安装 以减小水深测验误差 c 保证其整个测验期间换能器不露出水面 不至发生空蚀现象 4 测验操作程序 4 1 仪器预检 每次测流开始前 进行声学多普勒流速剖面仪 gps 磁罗经及测深仪等设备的预 检工作 以保证所有电路和换能器工作正常 预检工作包括 4 1 1 声学多普勒流速剖面仪自检 声学多普勒流速剖面仪连接计算机和接通电源后 必须通过 bbtalk 子程序自检 方法是 运行 testwh rds 命令文件 自动完成测试 如果不能通过任何自检子程序 首先检查 a 声学多普勒流速剖面仪 探头 电源接口是否松动或未接电源 b 声学多普勒流速剖面仪连接计算机的串口设置是否正确 在 通信 菜单中检 查串口 一般设置为 com1 c 波特率参数设置是否正确 检查声学多普勒流速剖面仪波特率参数值与 通信 菜单中设置的波特率值是否一致 我局现采用的 300 600khz 的声学多普勒流速剖面仪 的串行通信波特率值 一般为 9600 19200 38400bps d 声学多普勒流速剖面仪电缆接口是否松动或电缆内芯是否损坏等 e 查阅声学多普勒流速剖面仪技术手册和 transect 软件手册相关问题的解决办 法 采取上述检查 问题往往能够得到解决 如果问题仍然不能得到解决 应及时与技 术管理部门或供货商联系 4 1 2 设备检查 a 配套的 gps 罗经及测深仪的运转情况是否正常 b 供电系统输出的交流 直流 电压是否在正常范围内 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 152 c 各种电缆和插接件连接是否正确 d 是否准备有备份数据文件的存储介质 e 是否准备有简单维修工具 f 检查结果 测试的参数等应记录 并保留存档 4 2 文件设置 4 2 1 数据文件名格式 在河流测流软件 winriver 中设置数据文件名格式应符合下列要求 站名 用汉语拼音第一字母大写表示 施测时间 年 月 日 8 位数表示 当日测次 2 位 如黄陵庙站 2004 年 8 月 5 日的第一个测次 hlm2004080501 4 2 2 设置通讯口 a 在设置菜单选择 通讯 项 然后点击 增加 菜单 按测流时实际外接设备 分别进行声学多普勒流速剖面仪 gps 罗经或测深仪等串口的连接 b 串口分别为 可通过 usb 多串口设置 声学多普勒流速剖面仪 com1 gps com2 罗经 com3 测深仪 com4 串口设置波特率参数必须与声学多普勒流速剖面仪 gps 罗经或测深仪等设备的 波特率一致 否则 会导致乱码或设置错误提示 4 2 3 用户选项 a 在设置菜单中选择 用户选项 分别设置自动读入和保存配置文件 x 轴坐 标 计算平均流速的数据个数及数据单位制等 b 采集模式 最好采用人工控制是否开始记录 f5 不宜采用 立即记录 项 c 显示 自动设置仪器参数 d 普通 全部选项 e 高级 流速显示 注意选择 转换到地球坐标 项 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 153 4 2 4 单位 选 公制 项 4 2 5 参考 根据实际测流方式 选择 水底跟踪 或 gps gga 两种方式中的一种 4 2 6 配置向导 配置向导 是河流测流软件 winriver 的特色 它的功能是按照用户提供的具体 河流数据 自动设置仪器参数 应在设置菜单选 配置向导 项 在弹出菜单后 根据 测流断面实际情况填写所有的空格 a 记录 配置文件应与原始文件储存在计算机的同一个文件目录内 以使在原 始数据文件回放后处理时 可利用这些参数 b 偏移量 换能器水深 指声学多普勒流速剖面仪探头入水深度 一定要测量 准确 否则 会引起 水深 测验误差 c 磁偏角 当地磁北方向与正北向偏角 可利用磁偏角计算软件 由经销商提 供 输入当地的经 纬度后可获得 d 设备 选择数据采集时 对应配置外接设备必须打 声学多普勒流速剖面仪频率 应与使用类型 型号和频率一致 如宽带 broadband khz 波束角设置 20 或 30 应与使用型号一致 波束角一般为 20 e 流量项 表层与底层盲区参数设置 系统测流软件有两种流速 流量 插补模型 幂 power 函数指数和常数 在这两种流速 流量 插补模型中 经分析 长江内河河 流垂线流速分布 大多数接近幂 power 指数流速分布形式 为了与现行规范的相关 规定衔接 一般宜选择幂 power 函数指数插补模型 幂函数指数 测站应根据不同水位级实测多线多点法或精测法测点流速资料 采用 概化指数流速分布公式求得 见附录二 测站如无实测资料概化或准确得出幂函数指 数值 可采用幂指数 0 1667 代替 bb f 岸边流速系数 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 154 左 右岸岸边流速系数设置 在配置向导中 有 0 35 三角形 和 0 91 正方形 两种形式 配置设置中可以根据实际情况设置岸边流速系数值 岸边流速系数是影响测验精度重要参数 测站应根据本断面不同水位级 进行岸边 部分流量比测 特别是高水期漫滩 岸边形状变化大的测站 优选出岸边流速系数 见附录四 g 运行向导 点击 运行向导 程序会根据所填数据自动确定仪器参数 如水层单元个数 水 层单元厚度 测流模式等 最后点击 确定 退出该菜单 如果该程序发现可能发生如 河床面层泥沙输移 问题 将会在警告窗口显示相应的警告信息 但不影响其设置参 数 4 2 7 检查设置参数 在 设置 菜单点击 配置设置 检查各菜单参数设置 一般不需要修改设置值 但对有经验的操作人员 可在 命令 菜单中的 用户命令 栏中 优选参数 输入自 己的命令 a 深度单元尺寸 ws b 深度单元数目 wn c 每个深度单元 水层 水跟踪和底跟踪脉冲采样数目或脉冲间时间间隔 tp d 工作模式 wm e 盐度 用来修正声速 es 配置设置 各参数以根据 运行向导 配置为最佳 如需要修改设置值 最好增 加每个深度单元 水层 水跟踪 wp 和底跟踪脉冲 bp 采样数目 脉冲间时间间隔 tp 不 宜重新设置 4 2 8 保存配置文件 在 文件 菜单中选择 保存配置文件 这样 下次使用时可以调入已存配置文 件 4 3 设备集成检测 a 声学多普勒流速剖面仪 gps 罗经或测深仪外接设备与计算机按操作规程连 接后 必须在正式测流之前进行设备集成检测 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 155 b 检测方法如下 使用数据采集软件的文件 采集模式 查看 仪器历史数据记录 可分别看到所有外接设备正在采集数据的刷新记录变化情况 待外接设备信号传输等工 作状态正常时 方可进行正式测流 4 4 流量测验 4 4 1 测验记录 正式测验前 应将断面位置 测验日期 人员 设备文件和测验软件版本等信息数 据 在现场如实记录在专用记载表上 见附录八 以备检查 4 4 2 采集 在 采集 菜单中 选择 开始 停止 发射 f4 键 声学多普勒流速剖面仪 将开始或停止发射声波 选择 开始 停止 记录 f5 键 计算机将开始或停止记 录数据 4 4 3 垂线流速测验应满足下列要求 a 定点法 测船抛锚定位在传统流速仪法测速垂线上 采集垂线流速历时 100s 采用 gps 或水底跟踪方式测速 b 横渡法 在导航计划图中确定测速垂线的位置和该垂线的测速限制范围 以垂线坐标位置为 圆心 半径为 10m 圆圈 下同 以便施测时从显示屏上确定测船是否到达测速垂线位 置和测速限制范围 测速垂线附近 船速尽量缓慢 横渡法施测流速 应保证在某条测速垂线的测速限制范围内采集的脉冲信号数不应 少于 30 组 次 采用 gps 或水底跟踪测速 4 4 4 断面流量测验要求 a 岸边测距 测船应尽量靠近水边某一常规测速垂线起点距位置 以减小两岸边肓区范围 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 156 岸边距离宜采用 gps 定位 根据大断面图和测流时水位插补相应的水边距离 声学 多普勒流速剖面仪距水边的距离 具备条件的测站 也可采用电子测距仪或其它能够精确测量距离的仪器施测水边距 离 b 单航次测流过程中 要求测船 在起点位置应调整好航向 听到出发信号后 方可开始 在起 终点位置停留时间不少于 10 组 次 脉冲信号 航迹应与测流 断面线重合 船速尽量小于或等于水流平均速度 避免顺 逆向交错航行 船速或者船速与流速的比值是影响流量测验的重要因素 船速越慢或比值越小 流 量测验精度越高 c 测流航次及最终成果 声学多普勒流速剖面仪施测一个航次流量可以看作是过 水断面的瞬时流量 为减少因水流脉动带来的影响 航次应满足以下要求 内河单次 流量测验应不少于 4 航次 往返各 2 次 受潮汐影响或测流时间内水位涨落差变化 较大的河流 断面流量测验 一般可考虑只测 2 航次 往返各 1 次 一个测次流量 最终成果应为是测量多个单次流量的均值 如果多个航次中的任一次流量与平均值的相对误差大于 5 应补测一个往返 以合 理的航次成果计算该次流量成果 d 采用 gps 方式 如出现往返流量测量结果不一致现象 主要影响因素为 磁 罗经安装发生了偏差 按使用要求 磁罗经安装方向应严格与测船中轴线平行 不能产 生偏移 声学多普勒流速剖面仪探头安装不规范 探头 3 仪器内置罗盘指向 安装 方向也应严格与测船中轴线平行 不能产生偏移 声学多普勒流速剖面仪探头安装在 测船侧面 往 返测验时 迎背水流条件不一致 可根据左右岸往返 4 次流量的平均值 通过测流软件 设置 配置设置 ds gps eh 罗经偏移值 试算出罗经偏移角度 再将偏移角度值输入该菜单中 左右岸往返流量测量不一致的结果得以修正 4 4 5 检查原始数据 流量测验之后 在现场首先应用软件 回放 模式对每测次原始数据文件加以检查 以保证数据的完整性 检查内容包括 a 对声学多普勒流速剖面仪进行检测 以便确定测验成果正确性 如检测发现问 题 应查找原因 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 157 b 深度和速度均未超过使用声学多普勒流速剖面仪所规定的极限值 c 将相关参数填到现场专用记录表 见附录八 相应项目中 以便校核和审查 4 4 6 仪器检查与保管 a 检查换能器 机壳 接插件 电缆等情况 任何组件损坏或过度磨损的情况都 应报告给负责仪器维护的工作人员 b 按水文仪器有关规定 妥善收存 保管 5 资料整理与合理性检查 5 1 备份 a 流量测验的全部原始测验数据和设置文件均应复制到其他存贮介质作为备份 以防因计算机内部硬盘的损坏而引起数据丢失 b 如遇测流成果问题 需要数据回放处理 应在复制件上进行 并记录备案 不 允许改动备份文件的原始设置参数或测验数据 c 声学多普勒流速剖面仪测流软件不断改版 升级 新 老版回放测流结果存在 差异 在使用中应注意测验成果回放操作的正确性 测验版本与回放版本一致 与配置 文件相对应等 5 2 资料整理 5 2 1 垂线流速 在 winriver 测流软件中 垂线点流速和平均流速成果 是根据不同计算规则分别 记录在不同的菜单中列出 资料整理应按下列方法进行 a 定点法步骤 首先确定垂线测速起 止数据文件号 100s 时段内 利用 winriver 回放模式 设置 文件分段 截取声学多普勒流速剖面仪所采集垂线瞬时流 速 信号组起 止文件号 根据信号组起 止数据文件号统计出需要数据组个数 一 般为 80 100 组 随设置参数不同而变 然后 利用河流测流软件 winriver 回放 模式 设置 用户选项 显示 参加平均数据个数默认值 中输入统计出数据组个数 如 80 或 100 确定后 这时声学多普勒流速剖面仪记录反映出垂线流速为 100s 内时均流速 不同水深测点流速在 winriver 设置 查看 表格查看 地球坐标流速大小和方向表格 中摘录 垂线平均流速在 回放模式 航行表格 中摘录 再按常规相对水深计算方 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 158 法 概化垂线流速分布 按现行 河流流量测验规范 gb50179 93 规定 分别整理 插补 出不同相对水深 5 点法或 3 点法的测点流速 作为最终成果 b 横渡法 当采用直接从横渡法施测流量的数据中选取垂线流速数据整理时 应按下列步骤进 行 根据 winriver 中 gps 点位数据 首先确定声学多普勒流速剖面仪与某一测速垂 线起点距同步位置和范围 4 4 3 条横渡法要求 然后在该垂线测速限制范围内 利用 winriver 回放模式 设置 文件分段 截取声学多普勒流速剖面仪所采集垂线瞬 时流速 30 个信号组起 止数据文件号 再利用 winriver 回放模式 设置 用户 选项 显示 参加平均数据个数默认值 中输入所需要平均信号组数 如 30 得出垂线流 速为 30 组信号均值 不同水深测点流速在 winriver 设置 查看 表格查看 地球坐标 流速大小和方向表格 中摘录 垂线平均流速在 回放模式 航行 中摘录 再按常 规相对水深计算方法 概化垂线流速分布 按现行 河流流量测验规范 gb50179 93 规定 分别整理 插补 出不同相对水深 5 点法或 3 点法的测点流速 作为最终成 果 c 当横渡法测验无 gps 定位导航时 垂线流速数据整理步骤 利用声学多普勒 流速剖面仪测验的底跟踪位移 根据航向来确定声学多普勒流速剖面仪断面图与大断面 图的对应 根据相对于起点位移距离 测流软件 winriver 回放模式 设置 用户选项 显示 长度 确定测速垂线位置和范围 在垂线范围内 截取声学多普勒流速剖面仪 信号组起 止数据号 按横渡法垂线流速整理方法 分别求出垂线各相对水深处测点 流速或垂线平均流速 作为最终成果 5 2 2 断面最大流速 a 定点法步骤 在测流断面上 如利用声学多普勒流速剖面仪进行所有常规垂 线的定点测速 最大流速的确定 应按 5 2 1 条处理后 在垂线测点流速整理成果中 按常规方法摘录最大流速 作为最终成果 b 横渡法步骤 根据 winriver 中 gps 点位数据 首先确定声学多普勒流速剖 面仪与断面常规测速垂线起点距同步位置和范围 测站可根据断面中泓水流 水深 流速等水文特性 分析不同水位 流量 条件下最大流速可能出现垂线位置 然后 在每测速垂线范围内 利用 winriver 回放模式 设置 文件分段 截取声学多普勒流 速剖面仪所采集垂线瞬时流速 以垂线坐标点为中心 确定左右两侧测量信号组起 止 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 159 数据文件号 5 2 1 条处理后 在测点流速整理成果中采用常规方法摘录最大流速 作为单测次成果 如横渡法施测多个单次流量 依次摘录多个单次最大流速 再进行 算术平均 作为该测次最终成果 由于水流脉动影响 在横渡法施测多个流量测次中 单测次断面最大流速 max vel 之间可能有所差异 或出现位置不同 即使是多测 次平均 应记录为断面瞬时最大流速 5 2 3 断面最大水深 a 横渡法测验时 测流软件已记录断面最大水深数据 可利用 winriver 文件 流量测验向导 选择文件 处理 打印 在弹出菜单中 摘录单测次最大水深 max depth b 由于在横渡法施测多个流量测次中 测船航迹不可能完全相同 单测次断面最 大水深 max depth 之间可能有所差异 应取多测次平均值作为断面最大水深为最终 成果 c 如果多个航次中的任一次最大水深与平均值的相对误差大于 5 应作合理性分 析后 再进行平均计算 否则应作剔除处理 5 2 4 断面流量 a 利用 winriver 回放模式 流量标准表格 中摘录 单次断面总流量 包括表 层 底层 左 右岸插补流量 b 将多个单测次总流量 取平均值 作为该测次的断面流量最终成果 5 2 5 其它水文特征 a 水面宽 断面面积 断面平均流速 平均水深等特征值 可利用 winriver 回 放模式 文件 流量测验向导 选择文件 处理 打印 菜单中摘录 b 如施测多个单测次 应作合理性分析后 再进行平均计算 作为该测次的最终 成果 5 2 6 悬移质输沙率测验数据整理 a 测点流速 垂线平均含沙量计算 按照 5 2 1 相应方法施测垂线流速 根据垂线流速整理的方法和要求 整理 插补 出不同相对水深处测点流速或垂线平均流速 按常规悬移质输沙率测验方法 选点法或混合法 计算相应垂线平均含沙量 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 160 b 部分流量计算 在声学多普勒流速剖面仪横渡法数据文件中 直接按测速垂线位置划分部分流量 数据整理方法为 根据 winriver 测流软件中 gps 坐标 确定相邻测速垂线间起 止 文件号 所有信号组数 然后利用 winriver 回放模式 设置 文件分段 分割文件 数据 中 相应输入起 止文件号 截取出声学多普勒流速剖面仪所采集微断面流量 即为单测次某相邻垂线间部分流量 回放模式 设置 标准流量表格 总流量 在处 理断面中部部分流量过程中 注意在显示总流量 回放模式 标准流量表格 总流量 中 应去掉左 右岸边流量 方法为 在 winriver 测流软件 回放模式 设置 配置文件 边 部估计 中 设离岸边距离为 0 将多测次相对应部分流量取平均值 作为最终成果 也可通过编制应用程序直接从横渡法数据文件中计算部分流量 划分处理的基本步 骤 gga 为例 为 用 winriver 将横渡法文件转换为文本格式文件 即 t 文件 启 动程序选择将要处理的 t 文件 读入每组信号 gps 坐标 将坐标换算为沿断面线的起点 距 所测相应水深 微断面流量 根据测流数据整理出的垂线起点距 垂线水深 垂 线测点流速或平均流速等值 按固定垂线 常规方法计算部分流量 将各单次测量 的相对应部分流量取平均 作为最终成果 在无 gps 定位条件下 采用底跟踪方式测验 由于不能确定开始位置的起点距 测 速垂线位置应根据声学多普勒流速剖面仪相对于起点的位移而确定 方法为 与大断 面形状比较 处理横向移位 测流软件 winriver 回放模式 设置 用户选项 显示 长度 情况 确定垂线起点距 垂线水深 垂线测点流速或平均流速等值 按固定垂线划 分部分流量 将各单次测量的相对应部分流量取平均 作为最终成果 在处理资料 时 由于声学多普勒流速剖面仪内置罗经受外界干扰影响的问题 所测的位移的方向与 实际值有所差异 断面线上的起点距是不能改算的 因此 垂线间的距离宜直接采用声 学多普勒流速剖面仪在断面上实测位移值 位移长度 c 输沙率 断面平均含沙量计算 根据相邻测速垂线间部分流量 垂线平均含沙量计算部分输沙率 根据断面输沙率 断面流量计算断面平均含沙量 5 2 7 为成果与现行相关技术标准的衔接积累经验和资料 测站应在实际工作中 为做好声学多普勒流速剖面仪测验成果与现行相关技术标准 的衔接工作 积累经验和资料 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 161 5 3 合理性审查 5 3 1 与流量测验 整编规范的要求一致 测验数据处理以及输出资料成果应与流量测验 整编规范的要求一致 满足流量资 料整编要求 5 3 2 审查测验数据 在处理声学多普勒流速剖面仪测验值时 必须仔细审查测验数据 审查内容如下 a 原始记录是否与测验实际情况一致 b 河流测流软件 winriver 中各项参数设置是否完整无误 c 数据资料整理与计算是否规范 正确 d 流量测验各项成果是否齐全 合理 e 测验误差是否超过要求范围 f 各项成果是否满足资料整编要求 5 3 3 审查成果 在处理声学多普勒流速剖面仪测量值时 如遇成果问题 数据可从下面列出的几方 面进行审查 a 声学多普勒流速剖面仪探头 测深仪入水深度设定有误 b 船速 水深设值比实际小 c 离岸边距离未测验 d gps 未进行差分或出现故障 e 罗经是否移动或出现故障 f 盲区幂指数函数值或岸边流速系数设定不正确 g 水流含沙量过高 掉信号面积较大 h 参数设置不当 i 一次测流过程不完整 j 施测断面流量次数不够或测船航行方向不当 k 需要摘录流速 流向垂线位置处无数据 l 数据存档方法不规范 m 是否沿断面线航行 且航速是否有突然变化或船速过快 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 162 n 其它现场人为记录错误 5 3 4 数据处理 数据处理过程中 应注意以下主要问题 a 声学多普勒流速剖面仪软件记录 估算 的表 底层盲区和在靠近河岸两非实 测区域内流量估算成果的正确性 b 岸边流速系数选用的正确性 c 测次起点和终点的离水边距离的正确性 在 winriver 测流软件 回放模式 设 置 配置文件 边部估计 中调整 d 靠近岸边区流量估算使用信号组数的正确性 应为 10 组信号 流速测量值 在 winriver 测流软件 回放模式 设置 配置文件 流量 中调整 e 表 底层盲区流量的准确估算值 是否选择符合实际的外推方法 幂指数或常 数 或参数超出应用范围 6 测验成果质量控制 6 1 质量控制 a 声学多普勒流速剖面仪测验应按照本指南的第 3 4 5 章进行过程控制 b 成果质量方面必须经过操作记录 一校 二校 审查等四道工序 其中记录 一校 二校测站负责 审查由勘测局技术管理部门负责 四道工序均应本指南第 5 3 2 条流量测验审查内容为校审原则 c 用以处理声学多普勒流速剖面仪测验数据的自编软件必须通过勘测局的审查方 可使用 d 正式成果按水文局资料归档规定要求办理 6 2 报批制度 声学多普勒流速剖面仪作为水文站流量基本资料收集的一种测验方法 其投产使用 应实行报批制度 6 2 1 程序 在投产使用前 各水文站应收集本站声学多普勒流速剖面仪的流量测验资料 并与 流速仪法资料进行分析 编制声学多普勒流速剖面仪流量测验比测分析报告 经勘测局 组织审查后报水文局技术管理部门审批 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 163 6 2 2 比测报告的主要内容 a 测站基本概况 包括测验河段水文特性 测站特征等 b 试验目的 内容与资料收集方法 c 测船质性与仪器设备 包括外接设备型号 安装环境条件 测量精度和标定方 法 成果 d 系统测流软件参数的选用依据与设置 e 误差分析 不同水位 流量 级条件下垂线流速比测方法与精度分析 不 同水位 流量 级条件下断面流量比测方法与精度分析 岸边部分流量比测方法与精 度分析 岸边流速系数变化与选用 垂线流速分布与插补模型 幂指数或常数 适 应性 f 存在问题与建议 g 主要结论与审报生产应用范围 h 质量保证体系等 6 3 声学多普勒流速剖面仪的检校 6 3 1 流速 流量与流向等项目的比测 声学多普勒流速剖面仪的检校 目前除生产厂家外 国内还没有对声学多普勒流速 剖面仪进行鉴定和检校专门机构 我局根据 河流流量测验规范 gb50197 93 中 流速仪法的测量成果可作为率定和校核其它测流方法的标准 规定 采用流速仪法与 声学多普勒流速剖面仪法进行流速 流量 流向等项目的比测 6 3 2 比测条件 为了排除其他诸多因素的干扰影响 检校比测工作应在河床面层泥沙输移速度 vs 0 2m s 的条件下 选择无外界磁场干扰影响或较小的木质等测船上进行 6 3 3 检校比测下列方法及要求 a 流速比测 采用声学多普勒流速剖面仪与流速仪同步比测方法进行 用流 速仪施测不同垂线位置 相对水深 0 6 处的点流速 30 点以上 每点历时 100s 用声学 多普勒流速剖面仪在相同位置定点施测流速 历时 100s 摘录相对水深 0 6 处点流速 进行误差统计 当比测结果的相对系统差在 1 以内 且相对标准差不超过 1 5 时 比测合格 可以继续使用 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 164 b 流量比测 采用声学多普勒流速剖面仪与流速仪同步比测方法进行 声学 多普勒流速剖面仪采用横渡法施测 4 单测次流量 在流速仪常测法测流前 后各往返 1 个来回 其算术平均值作为声学多普勒流速剖面仪测得的一次流量 将该流量与流速 仪常测法测得的流量相比较 进行误差计 当声学多普勒流速剖面仪与流速仪常测法 测得流量相对误差不超过5 时 比测合格 c 流向比测 在断面最大水深 hmax 0 6hmax和 0 3 hmax三条垂线处 采用声学多普勒流速剖 面仪与流速流向仪常规测验 相对水深 0 2 0 6 0 8 成果对比 在 100s 时段内 两 种仪器测得平均流向的磁方位角相差不超过50 比测合格 垂线平均流向的磁方位角由下式求出 7 1 ii ii g v v t cos sin 式中 为垂线平均流向的磁方位角 分别为垂线上各相对水深的流速及流向方位角 ii v 6 3 4 比测后的处置 声学多普勒流速剖面仪经校检比测合格后 方可投入使用 校检比测不合格 应停 止使用 查明原因 解决问题 多次比测仍不合格 应向水文局技术管理处报告或送回 生产厂家进行检查 6 3 5 比测时机 a 各单位应在每年汛期之前例行进行一次声学多普勒流速剖面仪检校比测工作 并列入基本设施检查的项目 b 购买新声学多普勒流速剖面仪必须进行一次检校工作 比测合格后 方可正式 使用 7 操作人员培训 7 1 操作人员的上岗条件 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 165 声学多普勒流速剖面仪测量原理及其软件相对比较复杂 为规范流量测验操作技术 与资料整理 保证测验精度 声学多普勒流速剖面仪操作及资料整理 校审人员 必须 通过正规培训 经过考核合格 方可上岗 7 2 主要技术资料 声学多普勒流速剖面仪河流流量测量原理 操作过程和维护的参考资料包括 声学 多普勒流速剖面仪原理 软件手册和技术手册 这些文件是设备调试和操作的主要依据 7 3 培训要求 经过声学多普勒流速剖面仪培训学习人员 应达到既具有一定的理论知识 又能较 熟练掌握实际应用 并能指导他人操作与数据处理等方面的素质和技术水平 7 4 声学多普勒流速剖面仪培训的主要内容 7 4 1 基本概念 声学多普勒原理 坐标系统 不同坐标下的流速及其转换 深度单元和流速剖面 利用倾斜计数据进行倾斜校正的方法 换能器发射能量分布主瓣与旁瓣 呯集合 ensemble 水跟踪和底跟踪 分类与主要差别 宽带编码脉冲波序列 相位改变和 时间膨胀 误释流速误差 流速测量的短期精度 流速测量的空间和时间分辨率等相关 内容 7 4 2 流量测验原理和方法 流量测验原理 与传统方法的比较 流量测验与航迹关系 走航测量中采集特征数 据 测流断面实测区 非实测区 微断面 单元的划分 流量计算有关参数定义与规则 公式 表层和底层平均流速及流量推算原理及计算 岸边流量估算公式与方法 流量测 验参数设定与优化 单元尺寸与流速测量 7 4 3 技术分析方法 流量测验基本规则 精度的关系 以及流量测验测验存在问题及其解决处理方法等 相关内容 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 166 7 4 4 实际操作 通过实际操作和维护 掌握测流软件 工作模式 安装 检查 参数设定 测量数 据采集 输出和处理等全过程 走航式声学多普勒流速剖面仪河流流量测验技术指南 cjsw c swcy 04 c 版本号 修改码 c 0 167 附录一 声学多普勒流速剖面仪比测试验与开发研究 节选 1 1 项目研究背景项目研究背景 不稳定流和受潮汐影响的流量测验一直是水文测验中所面临的难题 多变的流态使得传统的流 速仪测流受到测流时间的限制 随着第一台声学多普勒流速剖面仪 acoustic doppler corrent profilers 缩写 adcp 的出现 使得更准确测量不稳定流和受潮