声学多普勒流速剖面仪在磨盘山水文站比测试验.docx

1、文章编号1002-0624(2009)02-0031-03声学多普勒流速剖面仪在磨盘山水文站比测试验王国辉，赵祥生（吉林省白山水文水资源勘测局，吉林白山134300）摘要文章对ADCP声学多普勒流速剖面仪作简要介绍的躯础上，对该仪器与常规流速仪进行了比测试。其目的是检验该仪器在暴涨暴落北方河流应用的可靠程度，提高流量检测速度和精度，关键词流速割面仪；比测试验；磨盘山水文站中图分类号JTVI23现阶段河流流量:测验常用的测验仪器主要采用的是流速仪,故测验方法称为流速仪法。流速仪法这种传统的测验方法费工、费时，效率低，误差大。用美国引进的ADCP声学多普勒流速剖面仪进行河流流最测验能很好地解决误差

2、大的问题。它比传统的河流流星测验方法提高效率儿十倍。2008年5月引进该仪器后，在布尔哈通河磨盘山水文站不同的水位级、不同风速气象条件下与常规流速仪进行比测试验。试验表明该仪器具有良好的性能，流量测验准确可靠，用时短、速度快,不受河道断面形状、水深流速大小的影响，适合于暴涨暴落山溪性河流测验。1ADCP简介ADCP是英文AcousticDopplerCurrentProfiler的缩写，中文通常译为声学多普勒流速剖面仪。引进的骏马系列瑞江牌河流型ADCP它是美国TeledyneRD1公司生产的，分为走行式ADCP和固定式ADCP。整个测量系统包括3个主要部分:ADCP,电脑，数据采集软件。软件

3、主要功能包括实施数据采文献标识码B集，显示以及流量计算。ADCP是利用声学多普勒原理测鼠水流速度剖面的仪器。一般佩有四个换能器，每个换能器即使发射器又是接收器，换能器与ADCP轴线成一定夹角。换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被水体颗粒物散射回来的声波。假定颗粒物的运动速度与水体流速相同，当颗粒物的运动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率高;当颗粒物的运动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频率低。声学多普勒频移,即发射声波频率与回波频率之差由下式确定：式中L为声学多普勒频移/为发射波频移；V为颗粒物沿声束方向的移动速度（即沿声束方向的水流速度）；C为声波在

4、水中的传播速度LADCP每个换能器即为一木声束坐标,测量流速是水流沿其声束坐标方向的速度。任意三个换能器轴线组成一组相互独立的空间声束坐标系。ADCP首先测出沿每一声束坐标的流速分量,然后利用声束坐标与X-V-Z坐标之间的转换关系，将声束坐标系下的流速转换成为X-r-z坐标系下的三维流速，再利用罗盘和倾斜计提供的方向和倾斜数据将X-Y-Z坐标系下的流速转换为地球坐标系下的流速。2比测试验2.1比测方法和资料在布尔哈通河磨盘山水文站利用缆道测流断面进行比测,ADCP测船由缆道用绳索牵引,为防止干扰绳子长度4m,每次流量测2个问合4次,流最取4次平均值，信号采用炊传输方式，用计算机进行信号控制和数

5、据传送接收处理。传统流速仪测量1次,流速仪测速历时100s。2008年67月在磨盘山水文站进行比测，取得比测资料15次。见比测成果表1。2.2比测资料分析ADCP和流速仪在同一断面比测，比测中对不同水位级、不同风速和气象条件下的流域分别进行测试。经过对不同比测资料的粗略分析发现，在峰衰I高浪大和水深较浅时，对比测成果影响较大,其他情况影响较小。2.2.1一致性分析,通过点绘ADCP和流速仪同步测旱的流扯随测次变化过程对照图，可见图1。ADCP和流速仪测得各次流量都比较接近，低水部分中最大的流量误差-7.7%。其原因是低水时岸边部分水深较浅,AD-CP测量水深不足0.6m,且第一条垂线距离岸边较

6、远。高水部分中最大的流量误差-1.8%,其主要与峰高浪大,水流速度快时流速仪位置摆动有关。总的来看，两者存在较好的一致性，且系统误差较小只有0.4%,符合水文测验规范要求。2.2.2相关分析及检验通过对比成果资料表1中的ADCP和流速仪同步测鼠的流量值做相关分析，点据均匀分布于45。直线两旁的3%外包线以内，相关系数为0.992。对图2中相关曲线进行符号检验、适线检验、偏离数值检验均通过，随机不确定度计算结果在允许范围以内,两者存在着较好的相关关系，见表2。测次ADCP流鼠流速仪流量误差分析/%测次ADCP流量流速仪流魅误差分析/%119.618.27.79354356-0.6225.825.

7、60.810560570-1.8375.275.6-0.5114324251.6485.384.60.812321325-1.25145!422.113185186-0.56152155-1.9141561550.67194198-2.0151011010.082982960.7ADCP比测成果衰m3/s衰2ADCP和流速仪法流相关曲城精度分析表样本个数相关系数系统误差/%随机不确定度(置信水平95%)三种检验符号检验(a=0.25)适线检验(a=0.05)偏离数值检验(a=0.10)150.9920.41.1通过通过通过图1ADCP和流速仪流对照图图2ADCP和流速仪流相关曲线(下转第41页

8、)4.2合理保护水资源精确灌溉系统只提供作物生於所需的水量,最大限度地减少了由于蒸发、深渗和溢流所造成的损失。同时也最大限度地减轻了由于深渗和溢流所造成的农药、化肥的渗漏而使地下水资源受到的污染。4.3完善科学的节水灌溉制度由于采用先进的监测、预报和自动化控制系统，可根据作物需水规律控制或调配水源，以最大限度地满足作物对水分的需要，实现区域效益最佳的水分调控管理技术。包括农田土壤墙情监测预报、节水灌溉制度制定、濯区水鼠与输配水调控及水资源政策管理等方面，实现真正意义上的农业节水灌溉。我国对精确灌溉技术的开发研制工作起步较晚,对数字化农业模式的认识尚处于启蒙阶段，新鳏兵团与2001年提出精准灌溉

9、技术并大力推广，取得良好的社会和经济效益。我国精确灌溉技术的发展目前与先进国家有一定差距，因此，加速开发我们自己的、符合我国国情的精确灌溉系统及相关设施势在必行，因为它代表着21世纪未来农业发展的趋势和方向，将会对我国农业的发展产生巨大的推动作用。参考文献1刘爱民，封志明.徐丽明.现代精椎农业及我国精准农业的发展方向.中国农业大学学报.2000,5(2)：2025.2龚明川.周昭程,季宜龙.浅谈农业祐确灌流技术与设施J.节水瀚R,2001,4：29-30.3周明粘确灌溉技术支持系统研究Jj.江苏农业研究,200】，22(4)：7073.或恺,杨星卫，段项锁.糟准农业的研究应用现状和发展趋势.J

10、.上海农业学报2000,16(3)：5-8.5待恩臣.精准农业及其应用前景分析J。佳木斯大学学报，1997,17(1);96100.收稿日期2008-09-08作者简介秦明军(1958-),为，高级工程师，从亨水利工程设计工作。(上接第32页)3结语(1) 传统流速仪法是静态方法,ADCP方法是动态方法，在缆道运动过程中进行测验，具有便捷、易用的特点。(2) 传统流速仪法采样费时，子断面划分又不是很细,而ADCP采样速率很高，可以将子断面划分的很细,垂线流速流最点很多,具有较高的测量精度和可靠性。(3) 传统流速仪法要求测流断面垂直于河岸，ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸，可以是斜线或曲线,测验成果不受影响。(4) ADCP采用计算机无线通讯进行测最控制和数据传送接收处理,实现洪水自动化监测，提高了工作效率，可以用于巡测站测验工作。.(5) 从比测结果看出,ADCP和流速仪测得流量相关系数接近1.0,系统误差较小，该仪器具有良