ａｄｃｐ在水文流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用研究的論文

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1、ＡＤＣＰ在水文流量測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用研究的論文摘要：介紹adcp基本原理及流量計(jì)算方法，通過adcp與管道流量計(jì)同步測(cè)流進(jìn)行對(duì)比，并與常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)深、測(cè)速比測(cè)試驗(yàn)，分析比測(cè)資料，進(jìn)行參數(shù)修正，提高該儀器測(cè)驗(yàn)精度，以達(dá)到正式投入應(yīng)用的目的。關(guān)鍵詞：adcp；流量測(cè)驗(yàn)；測(cè)深；測(cè)速；比測(cè)試驗(yàn)　　　　1adcp基本原理及流量計(jì)算　　　　1．1基本原理　　adcp實(shí)際上應(yīng)是一個(gè)包括：（1）adcp換能器（4個(gè)探頭）；（2）操作軟件系統(tǒng)；（3）計(jì)算機(jī)及連接設(shè)備等3個(gè)主要部分組成。利用聲學(xué)原理，adcp向水體發(fā)射一個(gè)（一對(duì)或一組）聲脈沖，這些聲脈沖碰到水體中懸浮的且隨水體運(yùn)動(dòng)的微粒后產(chǎn)生反射波，并記錄

2、發(fā)射波與反射波之間的頻率改變，這個(gè)頻率改變即稱多普勒頻移，可據(jù)此計(jì)算出水流相對(duì)于adcp的速度。同時(shí)，還向河底發(fā)射底跟蹤聲脈沖，測(cè)出adcp安裝平臺(tái)（測(cè)船）的運(yùn)動(dòng)速度以及水深，然后將水流相對(duì)速度扣除船速得到水流的絕對(duì)速度。　　按多普勒頻移方程：　　fd＝2fv／c（1）　　式中：fd——多普勒頻移；　　f——發(fā)射頻率；　　c——超聲波在水體中的傳播速度，與溫度、含鹽度有關(guān)；　　v——水流的運(yùn)動(dòng)速度。　　從公式可知，發(fā)射頻率f為已知，只要測(cè)定聲速c和頻移fd，即可求出水流速度。　　dr0300型adcp主要技術(shù)指數(shù)如下：　　工作頻率：307．2khz；　　換能器發(fā)

3、射角：20°；　　測(cè)速范圍：±0．01～±10m／s（水平方向）；　　速度分辨率：0．25cm／s；　　測(cè)深范圍：8．0～130m。.　　1．2流量計(jì)算　　adcp基于如下的公式計(jì)算流量：　　qadcp=su•ξds（3）　　式中：qadcp——流量；　　s——河流某斷面部分面積；　　u——河流斷面某點(diǎn)處流速矢量；　　ξ——作業(yè)船航跡上的單位法線矢量；　　ds——河流斷面上面積微元，由下式確定：　　ds=

4、vb

5、•dz•dt（4）　　式中：dz——垂向長(zhǎng)度微元，z自河底起算；　　dt——時(shí)間微元；

6、　　vb——船速矢量；　?。黺b｜——作業(yè)船速度（沿航跡）。　　將沿航跡的斷面離散為m個(gè)微小斷面，則公式（3）可以寫為：　　qadcp=∫t0∫ｈ0u•dz•ξ

7、vb

8、•dt=∫ta∫ｈ0cu×vb•k•dzdt=∑mi=1［（v×vb）•k］•hiδt（5）　　式中：t——航行時(shí)間（跨斷面）；　　hi——在i測(cè)量微小斷面處的水深；　　m——斷面內(nèi)總的微小斷面數(shù)目；　　δt——相應(yīng)于測(cè)量微小斷面的平均時(shí)間；　　k——垂向單位矢量；　　v——相應(yīng)于測(cè)量微小斷面的垂線平

9、均流速矢量。　　v=1h∫h0u•dz（6）　　因存在上、下盲區(qū)，垂線平均流速的計(jì)算分為中層、表層和底層3部分。　　1．2．1中層流速　　中層平均流速由系統(tǒng)直接測(cè)出，其值為第一個(gè)垂向單元至靠近河底單元（未受到河底干擾）所有單元所測(cè)流速之平均：　　vxm=1n∑ni=1uxj(7)　　式中：uxj——單元j中所測(cè)的x向流速分量；　　n——微斷面中有效單元的數(shù)目。　　1．2．2表層流速　　由于adcp換能器必須浸入水中一定深度，系統(tǒng)不能直接測(cè)出這部分水流速，形成表層盲區(qū)，一般采用指數(shù)流速分布公式來推求：　　uu•=9.5×

10、zz0b（8）　　式中：u——高度z處的流速；　　u•——河底剪切流速；　　z0——河底粗糙高度；　　b——經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，通常取16。　　公式（8）整理后，令ax=9.5u•/zb0，則對(duì)x向量流速分量：　　ux=axzb（9）　　設(shè)z1為河底至靠近河底單元（未受河底干擾）的高度，z2為河底至第一個(gè)單元的高度，垂向單元長(zhǎng)度為dc，則在中層進(jìn)行積分可得到中層平均流速：　　1．2．3底層流速　　由于河底對(duì)聲束的干擾，在河底存在一干擾區(qū)（底盲區(qū)），其流速數(shù)據(jù)不能使用。類似于表層流速的推導(dǎo)過程，底層平均流速的計(jì)算公式為

11、：　　vxb=dcz(b+1)1z1(zb+12-zb+11∑nj=1uxj　　則x方向分量垂線平均流速計(jì)算公式為：　　vx=1h∫h0uxdz=1h［∫z10uxdz+∫z20uxdz+∫hz2uxdz］=1hz1vxb+(z2-z1)vxm+(h-z2)vxt=hbdc(zb+12-z