多普勒流速仪

1、www.YSI-C声学多普勒流速仪声学多普勒流速仪在水文测验中的应用在水文测验中的应用 维赛仪器维赛仪器（YSIYSI）www.YSI-Cl美国美国 YSI 集团成立于集团成立于1948年，总部位于美国俄亥俄州年，总部位于美国俄亥俄州l国际上领先的水质、流速流量监测仪器制造商国际上领先的水质、流速流量监测仪器制造商lYSI 以世界领先的传感器技术为核心，提供先进的水质以世界领先的传感器技术为核心，提供先进的水质和流速流量监测产品和可靠、高品质技术服务和流速流量监测产品和可靠、高品质技术服务lYSI集团拥有集团拥有 YSI 和和 SonTek 两大品牌，四条产品线两大品牌，四条产品线YSI 水质

2、测量仪器水质测量仪器YSI 多参数水质监测仪器多参数水质监测仪器SonTek 声学多普勒流速流量测量系统声学多普勒流速流量测量系统YSI 集成系统集成系统 公司概况公司概况www.YSI-Cl维赛仪器是美国维赛仪器是美国 YSI YSI 公司在中国分公司，总部在上海公司在中国分公司，总部在上海l北京设有中国地区维修中心北京设有中国地区维修中心l国内设有多个办事处：国内设有多个办事处： 北京、上海、广州、青岛、厦门等北京、上海、广州、青岛、厦门等l技术服务主要由维赛公司承担，代理商配合技术服务主要由维赛公司承担，代理商配合l销售由代理商负责，分布在全国各地销售由代理商负责，分布在全国各地 公司概

3、况公司概况www.YSI-C多普勒流速仪概述和分类多普勒流速仪概述和分类l按水文的应用，可以分为三大类按水文的应用，可以分为三大类走航式多普勒剖面仪走航式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 便携式多普勒流速仪便携式多普勒流速仪www.YSI-Cl走航式多普勒剖面仪适用于巡测、固定断面、以及突发事走航式多普勒剖面仪适用于巡测、固定断面、以及突发事件测流的需要，具有更高的灵活性，不需要率定和校正件测流的需要，具有更高的灵活性，不需要率定和校正l固定式多普勒剖面仪则适用于固定断面的流量实时在线监固定式多普勒剖面仪则适用于固定断面的流量实时在线监测；同样适用于常规测验困难、受工程影响的测

4、流断面测；同样适用于常规测验困难、受工程影响的测流断面l手持式多普勒流速仪适用于枯期河道、湿地、突发事件时手持式多普勒流速仪适用于枯期河道、湿地、突发事件时流量快速测量等，显示出更大的灵活和简便流量快速测量等，显示出更大的灵活和简便三种不同的应用场合三种不同的应用场合www.YSI-Cl走航式多普勒剖面仪走航式多普勒剖面仪安装在船上走航的安装在船上走航的 ADP灵活、适合巡测的河猫灵活、适合巡测的河猫多普勒流速仪概述和分类多普勒流速仪概述和分类 1 www.YSI-Cl固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪水平安装的侧视式水平安装的侧视式 SL河底安装的座底式河底安装的座底式 SW多普勒流速仪概

5、述和分类多普勒流速仪概述和分类 2 www.YSI-Cl便携式多普勒流速仪便携式多普勒流速仪手持式手持式 FlowTracker适合于浅水测量适合于浅水测量1 mm/s流速流速2 cm的水深的水深多普勒流速仪概述和分类多普勒流速仪概述和分类 3 www.YSI-C声学多普勒测量原理声学多普勒测量原理 1 1 lADCP的发明被认为是河流测量领域的一次革命的发明被认为是河流测量领域的一次革命l近年来国际上流行的一种新的流量测量仪器近年来国际上流行的一种新的流量测量仪器lADCP是英文的缩写是英文的缩写 Acoustic Doppler Current Profilerl通常译为声学多普勒水流剖面

6、仪通常译为声学多普勒水流剖面仪www.YSI-C声学多普勒测量原理声学多普勒测量原理 2 2 多普勒效应（多普勒频移）多普勒效应（多普勒频移）l某一个声源（超声波）发出的声波被另一个接收某一个声源（超声波）发出的声波被另一个接收体（水中的悬浮物）反射体（水中的悬浮物）反射l如果该声源相对于接收体是移动的，接收体接收如果该声源相对于接收体是移动的，接收体接收到的声波频率将会与声源的发射频率有差异到的声波频率将会与声源的发射频率有差异l测量频差，可计算得到水流的速度测量频差，可计算得到水流的速度www.YSI-C声学多普勒测量原理声学多普勒测量原理 3 3 l超声波水中传播速度会受到超声波水中传播

7、速度会受到 水温水温 盐度盐度 的影响的影响l同样流速，会因为水温和盐度的改变，而产生不同样流速，会因为水温和盐度的改变，而产生不同的多普勒频移，从而影响测量精度同的多普勒频移，从而影响测量精度 l超声波传播距离，与超声波频率有关，与水中的超声波传播距离，与超声波频率有关，与水中的悬浮颗粒的含量有关悬浮颗粒的含量有关l含沙量仅仅吸收声能，并不改变超声波的传播速含沙量仅仅吸收声能，并不改变超声波的传播速度和多普勒频移，所以并不影响测量精度度和多普勒频移，所以并不影响测量精度 www.YSI-C走航式多普勒剖面仪走航式多普勒剖面仪在水文测验中的应用在水文测验中的应用 www.YSI-C走航式多普勒

8、剖面仪走航式多普勒剖面仪 l 快速、准确的测验手段，单次历时只需几分钟快速、准确的测验手段，单次历时只需几分钟l 随测量船运动过程中进行测量，无需率定随测量船运动过程中进行测量，无需率定l 航行轨迹可以是斜线或曲线，自动补偿断面流量航行轨迹可以是斜线或曲线，自动补偿断面流量l 灵活的方法，同样适应于不同河道中测流灵活的方法，同样适应于不同河道中测流l 自带船体和无线数据传输的走航式自带船体和无线数据传输的走航式“河猫河猫”“”“ M9”拓宽了应用的范围拓宽了应用的范围xwww.YSI-CxYZ剖面剖面 (j)单元大小单元大小 (n)走航式流量测量原理走航式流量测量原理实际测到的速度实际测到的速

9、度: Um = Ub + U(z)船速船速 Ub流速流速 U(z)www.YSI-Cl 当测量船从断面的一侧航行到另一侧，即可测得流量当测量船从断面的一侧航行到另一侧，即可测得流量l 测量船的航迹可以不是一条直线测量船的航迹可以不是一条直线l RiverSurveyor ADP 同时可以测得船体的速度和方向同时可以测得船体的速度和方向VboatVwaterQnormal走航式流量测量技术走航式流量测量技术www.YSI-C走航方式多普勒剖面仪走航方式多普勒剖面仪l 走航方式实际上是一种动船的测验方式走航方式实际上是一种动船的测验方式l 虽然是测量各点的流速、面积，但都是瞬时数据虽然是测量各点的

10、流速、面积，但都是瞬时数据l 为克服脉动、紊流影响，需要多次往返测量为克服脉动、紊流影响，需要多次往返测量l 左右上下，四个非实测部分采用补偿方式左右上下，四个非实测部分采用补偿方式x顶部顶部底部底部岸边部分岸边部分www.YSI-Cwww.YSI-C走航方式多普勒剖面仪走航方式多普勒剖面仪 M9/S5 M9/S5 l 目前世界上最先进的走航式目前世界上最先进的走航式ADCP l 多频：三种频率，一个垂直波束多频：三种频率，一个垂直波束l 智能脉冲功能：脉冲相干、宽带、窄带模式智能脉冲功能：脉冲相干、宽带、窄带模式l 全自动：工作模式、工作频率、全自动：工作模式、工作频率、 单元大小、采样频率

11、单元大小、采样频率l 专为河流流量测验设计专为河流流量测验设计xwww.YSI-C走航方式多普勒剖面仪走航方式多普勒剖面仪 M9/S5 M9/S5 l 灵活配置选配无线传输、灵活配置选配无线传输、GPS、船体、船体l 铁船上使用，可配置铁船上使用，可配置 GPS 罗盘罗盘l 带有带有 8GB内存，内部计算流量内存，内部计算流量l 详细的数据输出，流量汇总报告详细的数据输出，流量汇总报告xwww.YSI-C走航式剖面仪的定点测量方式走航式剖面仪的定点测量方式 l 在有底沙运动河床的测验，会带来误差（偏小）在有底沙运动河床的测验，会带来误差（偏小）l 定点测量方式是另一个有效的解决方案定点测量方式

12、是另一个有效的解决方案l 适用于：在走航测流无法达到预期效果时适用于：在走航测流无法达到预期效果时l 可以得到很好的测验效果可以得到很好的测验效果xwww.YSI-Cl了解测流断面河床的情况了解测流断面河床的情况了解最大水深了解最大水深了解最大流速了解最大流速了解两岸的坡度和河床底部的情况了解两岸的坡度和河床底部的情况对于有底沙运动的河床，需要做一次测试对于有底沙运动的河床，需要做一次测试1 1、 选择测量断面选择测量断面 www.YSI-C2 2、 仪器安装姿态的调整仪器安装姿态的调整 l保持仪器始终处于垂直状态保持仪器始终处于垂直状态测量前检查艘向、纵摇、横摇测量前检查艘向、纵摇、横摇测量

13、前检查仪器入水深度测量前检查仪器入水深度根据实际情况（流速、风力、河宽、船只）根据实际情况（流速、风力、河宽、船只）调整入水深度调整入水深度测量时需要经常检查姿态的变化测量时需要经常检查姿态的变化www.YSI-C3 3、 测量路径的选择测量路径的选择 l选择平稳河床和确定始、终点选择平稳河床和确定始、终点避免突变的河床断面避免突变的河床断面测量前确定始、终点，并在同一断面测量前确定始、终点，并在同一断面确定左、右岸，注意岸边和岸边距的设置确定左、右岸，注意岸边和岸边距的设置岸边始、终点，由实际有效单元决定岸边始、终点，由实际有效单元决定www.YSI-C4 4、 确定河道是否有走底现象确定河

14、道是否有走底现象 l走底河床的测量，流量往往会偏小走底河床的测量，流量往往会偏小测量前作一次走底测试测量前作一次走底测试测量前作一次罗盘校正测量前作一次罗盘校正走底严重的需要考虑采用定点测量方法走底严重的需要考虑采用定点测量方法船只的定位，可由船只的定位，可由 GPS 解决解决布设垂线数目，由需要的测量精度来决定布设垂线数目，由需要的测量精度来决定www.YSI-C5 5、 测量过程注意点测量过程注意点 l是取得好数据的关键是取得好数据的关键监视五个区域的数据和谱图监视五个区域的数据和谱图可适当更换界面设置（数据、图形、轨迹）可适当更换界面设置（数据、图形、轨迹）记录前船头保持正确航向和记录前

15、船头保持正确航向和 2 个有效单元个有效单元航向、航速一定不能突变航向、航速一定不能突变控制船速，尽可能小于或等于流速控制船速，尽可能小于或等于流速按照规范要求，需要有按照规范要求，需要有2个测回个测回www.YSI-C6 6、 测次的控制测次的控制 l通常，在水情平稳情况下，进行通常，在水情平稳情况下，进行2个连续测个连续测回的测验，即来回回的测验，即来回4个航次个航次l计算所测流量的算术平均值计算所测流量的算术平均值l每半测回流量值与平均值偏差，应小于每半测回流量值与平均值偏差，应小于5l若偏差大于若偏差大于5，需分析原因进行处理或增，需分析原因进行处理或增加加1个测回个测回www.YSI

16、-C7 7、 如何解决重复性不好如何解决重复性不好 l测量的变数和紊流会造成重复性问题测量的变数和紊流会造成重复性问题注意仪器安装的部位，最佳是安装在船头注意仪器安装的部位，最佳是安装在船头船舷安装，必要时考虑单边测量船舷安装，必要时考虑单边测量控制船速，保持稳定船向和姿态控制船速，保持稳定船向和姿态航向、航速一定不能突变航向、航速一定不能突变控制船速，尽可能小于或等于流速控制船速，尽可能小于或等于流速www.YSI-C8 8、 数据分析和补偿数据分析和补偿 l通过后处理还原数据通过后处理还原数据左右岸的更改，岸边距的修正左右岸的更改，岸边距的修正岸边不好的垂线去除，并补偿距离岸边不好的垂线去

17、除，并补偿距离中间丢失底跟踪的剖面，用邻近剖面补偿中间丢失底跟踪的剖面，用邻近剖面补偿个别异常流速、流向剖面应剔除，修正流量个别异常流速、流向剖面应剔除，修正流量检查极大值，最大纵摇，横摇和最大深度检查极大值，最大纵摇，横摇和最大深度www.YSI-C应用实例应用实例 1www.YSI-C应用实例应用实例 2对拉对拉机动船拖曳机动船拖曳机动船走航机动船走航桥测桥测www.YSI-C河猫在重大工程中的应用河猫在重大工程中的应用添加河拢照片添加河拢照片 黑龙江尼尔基工程合拢黑龙江尼尔基工程合拢应用实例应用实例 3www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪在水文测验中的应用在水文测验中的

18、应用 www.YSI-Cl最大特点在于能够自动测量和实时测量最大特点在于能够自动测量和实时测量l而通常采用的测验方法，都无法做到自动和实时而通常采用的测验方法，都无法做到自动和实时l淘金者系统自淘金者系统自19981998年初问世以来，立即受到年初问世以来，立即受到 USGS USGS 的关注。到目前为止，的关注。到目前为止，USGSUSGS已购置了已购置了700700多台该系多台该系统安装在分布于美国境内大小河流的常年水文站上统安装在分布于美国境内大小河流的常年水文站上进行流量在线实时监测，市场占有率进行流量在线实时监测，市场占有率85%85%以上以上l国内，也已经达到了国内，也已经达到了1

19、00100多台，而全世界的用户近多台，而全世界的用户近20002000台台 固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 侧视式侧视式 淘金者淘金者-SL-SL www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 1 1 l为了做到自动和实时，流量在线监测采用间接测为了做到自动和实时，流量在线监测采用间接测量断面平均流速的方法量断面平均流速的方法l测量水平某层或垂直某条垂线的平均流速测量水平某层或垂直某条垂线的平均流速l采用率定方法（指标流速法），建立采用率定方法（指标流速法），建立SLSL实测流速实测流速与断面平均流速之间的相关关系与断面平均流速之间的相关关系www.YSI-C固定式多普勒剖面仪

20、固定式多普勒剖面仪 2 2 l指标流速法假设：某一部分流速与断面平均流速指标流速法假设：某一部分流速与断面平均流速存在着固定并唯一的关系存在着固定并唯一的关系l指标流速法技术是一种经验方法指标流速法技术是一种经验方法 l指标流速法技术目的：以相对较小的不确定性，指标流速法技术目的：以相对较小的不确定性，确定特定断面的确定特定断面的“平均流速平均流速”，从而得出断面流，从而得出断面流量量l指标流速法技术早已在水文系统广泛使用指标流速法技术早已在水文系统广泛使用 转子式流速仪测点流速转子式流速仪测点流速 Vs 垂线平均流速垂线平均流速www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 3 3

21、l根据美国地调局的经验，几百米宽的河流，仍然根据美国地调局的经验，几百米宽的河流，仍然可以采用几十米内的水平平均流速作为指标流速可以采用几十米内的水平平均流速作为指标流速l测量实际的水位（水深），通过预置的断面几何测量实际的水位（水深），通过预置的断面几何尺寸，由软件计算出断面面积尺寸，由软件计算出断面面积l实时瞬时流量实时瞬时流量 断面平均流速断面平均流速 断面面积断面面积www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 4 4 l采样单元是否有代表性，是正确应用的关键之一采样单元是否有代表性，是正确应用的关键之一通常河流的主槽最具有代表性通常河流的主槽最具有代表性ViewArgona

22、utViewArgonaut 软件多流层功能可以用以分析软件多流层功能可以用以分析在仪器测量范围中选择最合适的单元大小在仪器测量范围中选择最合适的单元大小不应包含回水、紊流部分不应包含回水、紊流部分www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 5 5 l保证无障碍的通道，是另一个关键保证无障碍的通道，是另一个关键超声波传播路径上障碍物会影响流速数据超声波传播路径上障碍物会影响流速数据发射的超声波是一个锥体，有一定的指向角发射的超声波是一个锥体，有一定的指向角对测量河道的水深有一定的要求对测量河道的水深有一定的要求SonTek SonTek 探头指向角探头指向角 1.41.4，纵横比，

23、纵横比 1:201:204040www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 6 6 l设置合理的测量历时，消除流速脉动设置合理的测量历时，消除流速脉动水流的扰动和紊流，与河道形状、水深、流速等有关水流的扰动和紊流，与河道形状、水深、流速等有关保证一定的采样历时，才可消除脉动的影响保证一定的采样历时，才可消除脉动的影响对一般的情况下，可设置在对一般的情况下，可设置在 200 200 秒以上秒以上对潮汐河道或暴涨暴落的情况下，可控制在对潮汐河道或暴涨暴落的情况下，可控制在 100 100 秒秒www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 7 7 l经过比测和率定，才可获得在线

24、和实时的流量经过比测和率定，才可获得在线和实时的流量固定式多普勒剖面仪实测的是代表流速固定式多普勒剖面仪实测的是代表流速 指标流速指标流速建立指标流速与断面平均流速之间的关系，需要率定建立指标流速与断面平均流速之间的关系，需要率定不同的流量或水位情况下进行同步比测不同的流量或水位情况下进行同步比测对数据进行回归分析，得到对数据进行回归分析，得到 关系曲线或回归方程关系曲线或回归方程www.YSI-CArgonaut-SL Argonaut-SL 新平台新平台 7 7www.YSI-CSL SL 的选型的选型 lSL SL 有三种规格：有三种规格：SL3000, SL1500, SL500SL3

25、000, SL1500, SL500l主要技术指标主要技术指标水平最大测量范围水平最大测量范围：5 5米，米，2020米，米，120120米米水深最大测量范围：水深最大测量范围：5 5米，米，1010米，米，1818米米l选型取决于河道断面的宽度、水深选型取决于河道断面的宽度、水深www.YSI-CSL SL 的安装的安装 1 1l安装位置的选择安装位置的选择安装在河岸边或渠壁的基座上安装在河岸边或渠壁的基座上桥墩或其它建筑物侧壁上桥墩或其它建筑物侧壁上安装的位置处于河道顺直、稳定的河段安装的位置处于河道顺直、稳定的河段安装位置的水层，有较好的代表性，避开有回流安装位置的水层，有较好的代表性，

26、避开有回流的地方的地方www.YSI-CSL SL 的安装的安装 2 2l安装时的注意事项安装时的注意事项安装高度要根据具体情况而定。基本原则是使安装高度要根据具体情况而定。基本原则是使SLSL位于水深的位于水深的0.60.6处处离水面或渠底最小距离，不同频率的离水面或渠底最小距离，不同频率的SLSL也不同，也不同，根据根据 1:201:2040 40 的比例原则的比例原则用用 SonUtils SonUtils 软件的波束诊断功能，检查声波路软件的波束诊断功能，检查声波路径是否有障碍物径是否有障碍物注意两个声学传感器位于同一水平面上。同时要注意两个声学传感器位于同一水平面上。同时要注意主机底

27、面必须垂直，以保证波束为水平发射注意主机底面必须垂直，以保证波束为水平发射www.YSI-Cwww.YSI-Cwww.YSI-CSL SL 的测量的测量 1 1www.YSI-CSL SL 的测量的测量 2 2www.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 座底式座底式 SWSWwww.YSI-C固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 座底式座底式 SWSWl适用于水位变化较大的断面适用于水位变化较大的断面 (0.3 to 5.0 m)(0.3 to 5.0 m)l测量垂线平均流速测量垂线平均流速 l同时可测量变化的水位同时可测量变化的水位l随水位变化的动态测量随水位变化的动态测量l实时

28、流量输出实时流量输出Ar gonaut -SWFlowCell BeginCell EndVerticallyIntegratedVelocityCellBeam 2VelocityBeam 1VelocityBeam 3WaterLevelwww.YSI-Cwww.YSI-C便携式多普勒流速仪便携式多普勒流速仪在水文测验中的应用在水文测验中的应用 www.YSI-C浅水方式多普勒点流速仪浅水方式多普勒点流速仪x手持式声学多普勒流速仪（手持式声学多普勒流速仪（ADVADV）带测杆的带测杆的 FlowTrackerwww.YSI-C浅水方式多普勒点流速仪浅水方式多普勒点流速仪 2 2 l手持式手

29、持式 “ “水流跟踪者水流跟踪者” ” FlowTrackerl最小流速最小流速 1 1 mm/s，最小测量水深，最小测量水深 2 2 cml可测量点流速，也可测量流量可测量点流速，也可测量流量l使用灵活，携带方便，直接显示流量使用灵活，携带方便，直接显示流量l小型渠道、枯期河道、湿地等断面流量监测小型渠道、枯期河道、湿地等断面流量监测l适用于突发事件时流量快速测量适用于突发事件时流量快速测量xwww.YSI-C浅水方式多普勒点流速仪浅水方式多普勒点流速仪 3 3 xl收、发分置的多普勒流速仪收、发分置的多普勒流速仪 位于中间的声波发射器位于中间的声波发射器 2 2个或个或 3 3个声波接收器

30、个声波接收器l远距离的采样单元远距离的采样单元 距离发射探头距离发射探头10 cm 处处l 二维二维 / / 三维流速三维流速 可分解的水流方向可分解的水流方向www.YSI-CLoc0Loc1Loc2Loc3Loc4Loc5Loc6Loc7Loc8Loc9Loc10Loc11Loc12Dep1Dep2Dep3Dep4Dep5Dep6Dep7Dep8Dep9Dep10Dep11Area1Area2Area3Area4Area5Area6Area7Area8Area9Area10Area11Station Location = LocStation Water Depth = DepStation Width = W = (Loc - Loc)/2 + (Loc - Loc )/2Station Area = Area = W * DepMean Station Velocity = VStation Discharge = Q = Area * VTotal Discharge = Sum(Q )iiii+1i