ADP测量技巧

　　1　原理介绍

　　ADP(Acoustic Doppler Profiler声学多普勒海流剖面仪)是利用声学原理测量河流流量的一种先进仪器,它向水中发射声脉冲,声脉冲碰到水体中悬浮并随水体运动的微粒后发生反射,反射回来的声波会发生与此微粒运动速度成正比的频率变化(多普勒频移),如果此微粒随水流等速运动,测得回波的多普勒频移,就可计算出水流速度。声学多普勒频移(回波频率与发射波频率之差)由下式确定:

　　fd=2fv/c

　　式中　fd为声学多普勒频移; f为发射波频率; v为颗粒物的移动速度(即水流速度); c为声波在水中的传播速度。

　　当fd、f、c确定后即可计算颗粒物沿声束方向的移动速度v。ADP可从水底往上测量,也可从水面往下测量,按设置的时间间隔测量某一垂线的流速分布,从一个地点移动到另一个地点的过程中连续进行测量,通过积分计算可得到两点之间的流量。ADP由于工作原理的限制存在几个盲区,换能器从发射声波状态转到接收状态有一定的时间,这段时间无法处理数据,因此,换能器以下一定距离到水面是没有数据的,称为上盲区。在河床底部由于旁瓣干扰也没有测量数据(约为水深的10%),称为下盲区。在河两岸水深达不到一定深度时ADP也无法工作,这部分称为边盲区。ADP盲区见图1。

　　2　测量技巧

　　ADP具有体积小、安装简便、操作方便、数据采集量大、测流速度快等优点。在2002年9月的潮州供水枢纽工程西溪截流工程中,省水文局先后投入了两套ADP系统用于龙口流速及东、西溪分流比的水文测验,在龙口测量中实时监测流速,24 h提供多次的东、西溪分流比,为工程的顺利进行提供了大量可靠的水文信息,成效显著。

　　实际测量中由于受环境、操作、系统设置、仪器特性等因素影响,测量的垂线平均流速、流向、水深、流量等数据值有一定误差,下面介绍几点实际测量中的经验及数据后处理的技巧,通过减少测量盲区的影响,以减少测量误差,提高测量精度。

　　2.1　环境设置

　　ADP有几种工作频率,一般来说频率越高其分辨率也越高,边盲区和上盲区会变小,其测量的有效水深亦变小;频率越低则测量的有效水深会加大,上盲区和边盲区也会变大。

　　在实地测量时,要根据断面实际水深来设置单元测量深度以及测量单元数(单元测量深度×测量单元数≥最大水深)。测量时必须保证换能器始终置于水平面以下,在内河一般以换能器入水25~30 cm为宜,在入海口门区则根据水面风浪情况而定。

　　ADP上罗盘和两轴倾斜仪传感器提供航向、纵倾、横摇数据,系统根据罗盘的数据把ADP的XYZ坐标的速度转换成地球坐标系统(东—北为正或ENU)的速度,安装换能器时要确保罗盘对准ADP的方向,ADP的X轴(贴在换能器头上的标记)指向船头。