多普勒流速剖面仪(ADCP)与流速仪法流量对比分析
声学多普勒流速剖面仪ADCP及其在水文测流中的应用
声学多普勒流速剖面仪ADCP及其在水文测流中的应用蓝标;曲娟【摘要】This paper describes flow measurement principle of ADCP （Acoustic Doppler Current Profiler）.Compared with the regular hydrometric propeller,the characteristics and measurement process for ADCP flow measurement are introduced.The possible emerging problems in flow measurement of ADCP are summarized,and some attention matters are pointed out.%本文阐述了声学多普勒流速剖面仪ADCP的流量测量原理,并通过对ADCP流量测量仪与常规流速仪的比较,说明了ADCP流量测量的特点及其测量过程,并对ADCP流量测量中可能出现的问题进行了总结归纳,指出了应用中应注意的问题。
【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2011(028)004【总页数】5页(P65-68,73)【关键词】ADCP;测流;应用【作者】蓝标;曲娟【作者单位】深圳市水务局防洪设施管理处,深圳518000;长春气象仪器研究所,长春130012【正文语种】中文【中图分类】TH7660 概述在河流水文测验工作中，流速和流量的测量是两项很重要的工作，过去，一般都采用单点式流速仪（如机械式流速仪、电接式流速仪等）逐一的对各条测流垂线进行点流速测量，然后根据流速面积法换算出整个断面的流量，这种测验方法其测量精度虽然能够满足水文测验规范的要求[1]，但历时时间长，工作强度大，是其很大的弊端。
美国RDI公司研制的一种先进的测流仪——声学多普勒测流剖面仪，对于水文测验工作来说，则在很大程度上改变了流量测验的方法，实现了测流技术革命性的突破，将在河流水文测验工作中会获得更广泛的应用。
多普勒流速剖面仪(ADCP)与流速仪法流量对比分析
多普勒流速剖面仪(ADCP)与流速仪法流量对比分析摘要:随着时代的发展,水文仪器已进入高科技时代,ADCP即多普勒流速剖面仪是目前测量江河流量的最高端产品,但任何仪器设备都不是万能的,对于操作者来说将提出更高的要求。
本文通过与流速仪法对比分析,总结出了利用两种不同的方法所存在的差异,对于同行业使用ADCP测流具有一定的参考价值。
关键词:ADCP 流速仪对比分析1 情况简介松花江(六)站是松花江控制站,也是国家重要水文站。
该站位于吉林省德惠市松花江镇,设立于1923年1月,最初站名为松花江铁桥;1933年11月更改站名为松花江; 1966年6月经过几次迁移,最后为目前的松花江(六)水文站,集水面积51500km2。
畅流期采用牵船索人工摆舵船上测流。
该站ADCP于2008年就已经配置到位,近几年来一直在进行对比及操作训练,目前该站人员已经能够对ADCP进行熟练操作和使用,对比数据经计算分析合理可靠,具备投入使用的条件。
ADCP是利用多普勒效应原理进行流速测量。
ADCP因其原理的优越性,突破传统机械转动为基础的传感流速仪,用声波换能器作传感器,换能器发射声脉冲波,声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射,由换能器接收信号,经测定多普勒频移而测算出流速。
ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。
目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。
与传统的人工船测,桥测,缆道测量,和涉水测量的基本原理一样:在测流断面上布设多条垂线,在每条垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速,但ADCP所测的垂线可以很多,每条垂线上的测点也很多。
2 对比分析的目的通过对比ADCP测流与常规流速仪测流数据,分析之间存在差异的原因,可以尽量减少由于操作不当产生的误差,以便ADCP在本站更好地投入应用。
同时还可以解决本站由于偏角测量引起的流量改正等一系列问题。
ADCP·流速仪流量相关系数分析
ＡＣ Ｄ Ｐ内有 罗 盘 。温 度 盐 度 传 感 器 、 力 传 感 器 、 压 Ｄ Ｐ Ｇ Ｓ接 口、 能器等部件 。换 能器一般 配有 ４个 。 Ａ ． 换 与 Ｄ
Ｃ Ｐ轴线呈 ２ 。 角。每个 换 能 器 既是 发 射 器 又是 接 收 Ｏ夹 器， 换能器发射某一 固定频 率 的声脉 冲， 这些 生脉 冲碰 到 水体 中悬 浮 的 ， 随水 体 运 动 的微 粒后 产 生 反 射作 用 ， 且 Ａ Ｃ Ｄ Ｐ出反射 能量 的多普勒频移 ， 据此计算 出随水体运 动 的微粒现对 于 Ａ Ｃ Ｄ Ｐ的流速 。之后 ， 向河底发射底跟踪声 脉冲 ， 出 Ａ Ｃ 测 Ｄ Ｐ相对于河 底 的运 动速度 ， 后计算 出 随 然 水体运动 的微 粒相对 于河 底 的真实 流速 （ 即水体 流速 ） 。 ＡＣ Ｄ Ｐ在 进 行 流 量 测 验 过 程 中 ， 际测 量 的 区域 为 断 面 的 实 中部 区域 （ 中层 ） 这个 区域 为 Ａ Ｃ ， Ｄ Ｐ实测 区。而在 ４个 边 缘区域内 ， Ｄ Ｐ由于受方 法及 现有技 术 的限 制 ， Ａ Ｃ 存在 着 上下 ４个 盲 区。第 一盲 区是靠 近水 面 （ 表层 ） 的盲 区 ，
１３ 测验 河段 和断 面情 况 ．
潮安站基本 水 尺断 面为 复式 河床 ， 常 蓄水 位 情况 正
下 ， 面 宽 约 为 ７０ ｍ， 起 点 距 ３ 水 ０ 从 ０—３ ０ｍ为 河 流 主 槽 ， ８
ＡＣ Ｄ Ｐ的夹角 ） 。而第三 、 四区域为靠 近河岸两侧 的区域 ， 因其水 深较 浅 ， 测量船 不能 靠近 或仪器 不能保 证在 垂线 上至少 由 １或 ２个 有效单 元 。这 ４个 区域统称 为非 实测 区， 其流速 和流量 要通 过实 测 区数据 外延 估算 。本 次分
走航式ADCP与流速仪法流量测验对比分析
射回来 的声波。得到水体中颗粒物 的运动速度 ， 即为水 体 流 速 ，Ａ Ｃ Ｄ Ｐ通 过 跟 踪 颗 粒 物 的 运 动
（ 称为 “ 跟 踪 ” 所 测 验 的 流 速 是 水 流 相对 于 水 ）
憾 ，测 量 的精 度有 待 于多次 比测试 验 ，在 积 累较
第 ６期 （ 总第 ３ ７ ） ３期
［ 文章编号 】１ ９— ８ ６ （０ ０ ６－ ０ １ ０ ０ ２ ４ ２ １ ）０ ０ ８ — ３ ０
吉 林
水
利
２１ ０ ０年 ６月
走航式 Ａ Ｃ Ｄ Ｐ与 流 速 仪 法 流 量 测 验 对 比分 析
王宪宝 ，柳艳锋
（ ．伊 犁水文 水 资源勘 测局 ，新 疆 １
况 固定 的均匀 布设测 速 垂线 ，在 每 个断 面 内测 验
飞
垂线上进行一点或多 点流速 ，通 常使用一点法
起 点距Ｄ （ ） ｍ
（． ）进 行 流 量 测 验 ，相 对 测 点 较 为 固 定 ，再 ０６
对部分面积进行流量计算 ，最后加和的测验断面
图 １ 部分 面积计算 划分
的流量 ，部分 计算 断面划 分见 图 １ 。而走航 式 Ａ Ｃ 最多能将单条测深垂线分为 １８ ＤＰ ２ 个测验单
多的经 验后 ，根据 Ａ Ｃ Ｄ Ｐ的技术 要 求 ，不 断 的探 索 、发 展 以求 更 加 全 面 的掌 握 Ａ Ｃ Ｄ Ｐ使 用 技 巧 ，
Ａ Ｃ Ｄ Ｐ的速度 ，在 “ 跟 踪 ” 测验 的相对 速 度扣 水
除走 航 式 Ａ Ｃ Ｄ Ｐ的速 度 （ 动 速 度 ） 后 即 得 到 移
［ 中图分类 号】
ADCP与LS68流速仪明渠测流对比分析
ADCP与LS68流速仪明渠测流对比分析王世界【摘要】基于ADCP和LS68型流速仪的工作原理,选取国家水资源监控能力项目中已率定出水位流量关系的浑北灌区,将两仪器同步进行流量施测,对比分析流量、测流历时等实测数据的特点,进而论证ADCP的高效性和准确性.【期刊名称】《吉林水利》【年(卷),期】2019(000)005【总页数】3页(P46-48)【关键词】ADCP测流;流速;流量;浑北灌区【作者】王世界【作者单位】辽宁省沈阳水文局,辽宁沈阳 110043【正文语种】中文【中图分类】P332.41 明渠基本情况沈阳市浑北灌区东起于天柱山脚下汪家乡陵前堡村，西至新民市车古营子水库，北达解放乡陆家窝堡，南到沙岭镇，其辖区涵盖洪区的8个乡镇，2个国营农场，新民市的2个乡镇，总土地面积达42.75万亩，其中耕地面积为36.60万亩。
设计灌溉面积22.70万亩，有效灌溉面积21.40万亩。
灌区总干渠1条，总长为26.00km，自东陵渠首起至三面闸；干渠2条，总长20.68km，其中南干4.10km，北干长16.58km；分干2条渠，总长27.50km。
2018年实际灌溉面积4.00万亩。
图1 浑北灌区取水流向示意图图2 浑北灌区测流断面图图3 灌区渠道及水位计浑北灌区为国家级水资源监控能力沈阳市农业灌溉取水口水位流量关系法监控灌区，已于2016—2017年在渠道引水期间，在不同水位级进行流量施测，建立了水位-流量关系，率定出了水位—流量关系线，再根据率定出的水位-流量关系线推算流量。
浑北灌区取用水流向情况见图1，测流断面选取在通行桥下游，测流断面为固化断面，断面地形见图2，灌区渠道及水位流量计见图3。
2 仪器参数情况LS68型流速仪使用于漂浮物较少流速不太大的河流，它的优点是结构简单，使用维修方便，迎合流向好。
在测船上测流时，采用悬索安装，在水文缆道上测流时，可用专用挂杆安装，它是测流的主要传统仪器，使用最为广泛。
ADCP流速及流量测量原理
随着海洋资源的开发利用，ADCP 在海洋工程、海洋观测和海洋能 源等领域的应用前景广阔。
环保监测
利用ADCP对水流、水温和水质等 进行实时监测，为环保部门提供准 确的数据支持。
农业灌溉
在农业灌溉领域，ADCP可用于测 量灌溉水的流量和流速，优化灌溉 方案，提高水资源利用效率。
未来展望
跨界融合
声学多普勒流速仪（ADCP）工作原理
ADCP主要由换能器、电子设 备、和数据存储器等组成。
换能器负责发射和接收声波 信号，电子设备处理接收到 的声波信号，数据存储器用
于存储测量数据。
ADCP通过向水体中发射声波 并接收反射或散射回来的声波 信号，利用多普勒效应计算出
流速。
流速测量的影响因素
悬浮颗粒浓度
声波发射
声波接收
流速计算
流量计算
利用声学多普勒效应，通 过测量声波在流体中传播 时因流体流速引起的频率 变化来推算流体的流速和 流量。
ADCP向流体中发射声波， 声波遇到流体中的颗粒或 障碍物后发生散射。
ADCP接收散射回来的声波 ，并分析声波频率的变化 。
根据声波频率的变化，结 合声波传播速度和流体物 理性质，计算出流体的流 速。
河流流速及流量测量
河流流速测量
ADCP通过向河水中发射声波，利用声波在水中的传播速度差异，测量水流的垂 直和水平方向速度分量，从而得到河流的实时流速。
河流流量测量
基于流速和断面面积，ADCP通过测量河流的断面面积，结合流速数据，计算河 流的流量。
海洋流速及流量测量
海洋流速测量
在海洋环境中，ADCP通过向海水发 射声波，利用声波在水中的传播速度 差异，测量海水的流速。
ADCP流速及流量测量原 理
南宁ADCP比测报告
附件：南宁(三)站声学多普勒流速剖面仪与常规流速仪比测资料分析成果南宁(三)站于2004年6月上旬配置了RS-1000型走航式多普勒流速剖面仪，并于2004年6月至2005年6月与常规流速仪进行了比测，根据(水文站[2004])30号)《广西壮族自治区水文水资源局走航式多普勒流速剖面仪与常规流速仪比测工作暂行规定》的通知要求，现将比测资料分析如下：1、基本情况南宁(三)站使用的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是由YSI/SonTek公司生产的走航式多普勒流速剖面仪(RS—1000型)，仪器安装在该站测船的右舷，距离船首约3米，离船体0.5米。
由于是金属船体，在比测之前做了罗盘校正工作，ADCP换能器入水深度为0.2m，仪器轴线垂直向下, 多普勒流速剖面仪的安装、使用情况符合有关规定要求。
2、ADCP主要技术参数RS—1000型ADCP主要技术参数。
工作频率：1000 kHz；换能器发射角：25°；测速范围：±0.01～±10.0 m/s(水平方向)；速度分辨率：0.25 cm/s；测深范围：1.2～40 m；盲区：0.5 m；深度单元厚度：1.0 m；深度单元个数：20～25；声速：1520.9 m/s；水体温度：20.0°；水体含盐度：34.5 ppt；3、比测情况每次比测时，先用ACDP来回一趟施测两次流量作为一组流量，两次流量误差应小于5.0%，然后，用常规流速仪施测一次流量，最后再用ADCP来回一趟得两次流量，误差也应小于5.0%，若前后4次流量值的变幅不大于平均值的10.0%，则取该平均值作为ADCP测定的流量，与常规流速仪测定的流量进行比较分析。
ADCP比测位置在流速仪测流断面处，测船尽可能沿着测流断面线匀速横渡施测，测验时测船平均速度力求小于或等于水流流速；流速仪测流采用常测法，每条垂线用0.2、0.8水深两点测速。
ADCP换能器入水深度为0.2m，入水深度虽较小，但测流过程中不发生换能器露出水面，产生“空蚀”现象，从而保证了测验精度。
ADCP剖面流速仪的比测应用分析
ADCP剖面流速仪的比测应用分析摘要：ADCP剖面流速仪是由美国引进的一种河道断面流量测量仪器，具有重量轻，易于操作、工作稳定、测验速度快等诸多优点。
2004年，上级为黄委小浪底水文站配发该仪器一台，该仪器与传统的流量测量仪器流速仪的比测分析成为正式投入应用的先决条件。
关键词：ADCP，流速仪，比测分析黄委会小浪底水文站位于河南省济源市坡头乡泰山村，建站于1955年4月，流域集水面积694221km2，距黄河口距离892km，是小浪底水库的出库控制站，属国家重要水文站，担负着长期收集水资源资料和提供雨水情信息的重要任务。
2004年，上级给小浪底水文站配置ADCP剖面流速仪一台，经过多年比测实验和分析，目前，在2000m3/s以下流量级，该仪器测验数据精度符合有关规范要求，已经作为正式资料应用。
现对该仪器应用几年以来流量在2000m3/s以上的实测资料和流速仪实测资料进行对比分析，确定在2000m3/s以上流量情况下，该仪器测验资料是否符合有关规范精度要求。
一、实验内容与资料收集方法1、实验分析内容现选取2004年至2008年共四年流量在2000m3/s以上的ADCP剖面流速仪与流速仪实测资料进行对比分析，根据该仪器与流速仪法精度误差情况，以确定该仪器在2000m3/s以上时在该站是否适用。
2、资料收集方法（1）流速仪法：主要采用黄测B201吊船，400kg铅鱼悬挂ls25—3型流速仪进行施测。
测验方法采用常测法，100秒历时，人工记数、手工操作。
（2）ADCP法：将ADCP悬挂于冲锋舟或黄测B201吊船一侧1米以外，由船带ADCP沿断面横向移动，测得断面流量等数据。
施测断面位置一般设在流量测验断面下游的10米到60米范围的河段内，每次施测两个测回，要求每半测回流量值与平均值的偏差不大于5%，计算其平均值作为ADCP同步所施测的流量。
二：比测分析使用的仪器设备情况1、流速仪法吊船过河缆1992年7月建成投产，两岸均为自立式钢塔，左岸钢塔高3.5m，右岸钢塔高30m，主跨788m，主缆为上下平行双缆结构，直径31 mm ，最大荷载时最低点高度157.56m，设计最高应用水位156.00m。
ADCP测流与传统测流的对比及应用
ADCP测流与传统测流的对比及应用摘要:流量测验是水文工作的重要任务之一,传统的河流流量测验主要采用单点流速仪法,广泛运用在人工船测、桥测、缆道、涉水测量等,既费时效率也很低。
ADCP的数据采集、传输、存储全部通过电脑控制操作,自动化程度高。
ADCP的使用比传统测验方法提高效率几十倍,标志着河流流量测验的现代化,被称为是流量测验领域的一次革新。
关键词:ADCP测流传统测流多普勒北川水文站1 ADCP测流原理ADCP是20世纪80年代初发展起来的一种利用声学多普勒原理测量水流速剖面的仪器,根据测定水体中微颗粒声后向散射的多普勒频移来测量水体速度。
它的换能器发射出一定频率的脉冲,该脉冲碰到水体中的悬浮物质后产生后向散射回波信号。
由于悬浮物质随流漂移,使该回波信号频率与发射频率之间产生一个频差,即多普勒频移。
根据这一频移的大小和符号(正负),即能计算出流速和流向。
由于声速在一定深度范围内(表层至几百米深度)的水体中的传播速度基本不变,根据声波由发射到接收的时间差便可确定深度。
一台ADCP可以顶替若干台传统的流速仪,在使用ADCP测流时,设置不同厚度的深度单元,即将测流断面分成若干个子断面,利用不断发射的声波,确定一定的发射时间间隔及滞后,通过多普勒频以及谱宽度的估算,便可得到整个水体剖面逐层上水体的流速;在每个子断面内测量垂线上一点或多点流速并测量水深从而得到子断面内的平均流速和流量,再将各个子断面的流量迭加,即得整个断面流量。
2 ADCP测流与传统测流比较2.1 ADCP方法与传统方法的相同点ADCP测流与传统流速仪法的基本原理一样,都是将整个测流断面划分为许多子断面(即布设多条垂线),在每个子断面中垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线(即子断面)平均流速2.2 ADCP方法与传统方法的不同(1)传统流速仪法是静态方法,流速仪是固定的;ADCP方法是动态方法,ADCP 在随测量船运动过程中进行测量。
安康站ADCP与流速仪法测验对比分析
安康站ADCP与流速仪法测验对比分析摘要：本文主要通过介绍M9型声学多普勒流速剖面仪的组成和工作原理，并通过实际工作当中与LS25-3型流速仪进行比测分析，证明其成果的可靠性，为声学多普勒流速剖面仪的实际应用提供参考。
关键词：M9型走航式声学多普勒流速剖面仪；流量测验；对比；分析一、测站基本概况走航式ADCP是目前流量测验中最为先进的仪器它与传统的流速仪法相比具有很多优点，因而在国内水文行业已逐步得到推广，由于使用时间较短在使用中还存在一些经验不足以及操作人员对其操作技术的不足，测量的精度有待于多次比测试验在积累较多的经验后根据ADCP的技术要求不断的探索、发展以求更加全面的掌握ADCP使用技巧配合测验规范使其应用到水文流量测验工作中去。
安康站为汉江上游控制站，控制面积38625km2，流域地质结构土壤为粘质、砂层粘土，岩石多为片岩和千枚岩，森林覆盖率平均在63﹪以上，气候受秦岭和巴山制约，为北亚热带温润、半湿润气候，具有春暖干燥、秋凉湿润并多连阴雨的特点，气候与海拔高度、地理位置及地形等有密切关系。
汛期自5月1日始，10月31日结束，年降水主要集中在7至9月。
测验河段两岸为陡石山，沙砾石河床冲淤变化不大。
河床从上到下呈喇叭形，顺直河段较短，断面下游1km以外有汉江三桥、一桥、二桥，来水受上游水库开关闸控制。
流速仪测流断面间距400m左右。
使用ADCP测流条件较好。
传统流速仪法测流是静态的，测得的数据时单点数据，并且需要较长历时，测流过程中需要借助手工或机械以达到不同水深多点测量的目的，费时费力，且容易引起流场扰动，而ADCP集测深、测流一体，自动省力、效率节能。
安康站配备的是SonTek公司的ADCP（M9），它利用多普勒效应原理进行流速测量。
因其原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。
ADCP与流速仪测流在他什店水文站的比测精度分析
（ ｏ ａ ｏ ３ Ｔ ｄ ｌＮ ． ６）
文 章 编 号 ：０ ７— ５ ６ ２ ０ ） ５— ０ ５— ２ １０ ７ ９ （ ０ ８ ０ ０ ３ ０
ＡＣ Ｄ Ｐ与流速仪测流在他什店水文站的比测精度分析
闰建 良 ， 谢源源
（．巴州水文水资源勘 测局 ， １ 新疆 巴州 ８ １０ ２ ４０ ０；．昌吉水 文水资源勘测局 ， 新疆 昌吉 ８ １０ ） ３ １０
２ Ａ Ｃ Ｄ Ｐ与常 规流 速仪 的对 比分 析
２１ Ａ Ｃ ． Ｄ Ｐ与常规流速仪 的比较
传统 的河流流量测 量方 法是 在测 流 断面上 布设 多 条垂
线 。在每条垂线 处测 量水深 ， 获得 断面面积 ； 用流 速仪测量 １ 至几个点 的流速 ， 得到垂线平 均流速 。进 而获得 断面平 均流 速 。流量则 由断面 面积 和断 面平 均流速 的乘 积得 到 。这 种
摘
要： 通过声学多普勒流速剖面仪 （ Ｄ Ｐ 在孔雀河他什店水文站与常规流速仪 的比测试 验 ， ＡＣ） 旨在分析研 究 Ａ Ｃ 这种 目前 国际 ＤＰ
上先进 的流量测验仪器在 内陆河流域山溪性河流的适应性 ， 结合 比测试验 中遇到 的问题 ， 出针对性 的建议和措施 ， 提 为进
一
步拓宽该仪器 的应用范围提供有利的技术支持。
蠼g艘娓1007060蝾50菩4020lo0o50loo150adcp流量adcp与流速仪实测值相关图oo20o40o60o80o100adcp流adcp折算后与流速仪流量相关图3结论本次流速仪测量与声学多普勒流速仪试验严格按河道流量测验规范要求进行通过分析声学多普勒流速仪流量系数为08391此试验系数符合规范要求通过多年试验研究该仪器性能稳定很适合在他什店站这种水位流量关系不好全年用连实测法推求流量的站使用
在感潮河段中ADCP与常规流速仪的测流应用比较
在感潮河段中ADCP与常规流速仪的测流应用比较摘要：将ADCP与传统流速仪的进行优缺点比较，ADCP较传统流速仪具有集测深、测流、测向一体，高效、快捷、精确的优点，但同时有具有操作要求高，且易受到泥沙、水深、船速、含盐度等测验环境影响的缺点。
通过1200KHz的ADCP与LS-20B的在黄浦江上游的试验比较，分析了其相对误差、相对标准差和随机不确定度。
在感潮河段中，ADCP的应用精度满足测验误差的要求。
关键词：ADCP 优缺点LS-20B 误差分析1．引言声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profiler)简称为ADCP，它利用多普勒效应原理进行流速测量，由声波换能器发射声波脉冲，声波脉冲通过水体时，被水中泥沙颗粒、浮游生物或气泡等反散射体反射，再由换能器接收脉冲信号，经测定多普勒频移变化而测算出流速。
[1]尽管ADCP在理论试验和某些国家或地区已经被广泛证实可行，然而，各地水文特性的复杂和地形、水质不同等各因素的影响，以及ADCP本身的许多参数设置和操作，决定了它需要经过大量的比测试验数据支撑其应用准确、高效测流的优点。
2．ADCP测流与传统流速仪的优缺点比较2.1 ADCP测流的优点（1）传统流速仪进行流量测验时需要缆道或垂线定位，缆道建设和维护代价较为昂贵，垂线定位比较繁琐，而且需要垂直于河岸；而ADCP测流只需安装于动船上，估算岸边距，航迹线无需严格垂至于河岸，就直接可以进行全断面测流。
（2）传统流速仪的测验方式是静态的；而ADCP测验方式是既可以用于随船动态测量又可以用于固定安装静态测量。
（3）传统流速仪所测得的数据是单点数据，并且需要较长历时；而ADCP所测数据为各水深单元的数据而不仅仅是离散点上的数据，且历时较短，几乎为瞬时数据。
（4）传统流速仪测流过程中，需要借助手工或机械并利用测深仪以达到不同水深多点测量的目的，费时费力，且容易引起流场扰动；而ADCP集测深、测流一体，自动省力、效率节能。
走航式ADCP与流速仪法流量比测分析
走航式ADCP与流速仪法流量比测分析发表时间：2018-08-29T11:28:29.487Z 来源：《防护工程》2018年第8期作者：翟玉明[导读] 统计多次走航式ADCP与流速仪法流量测验结果，分析走航式ADCP流量测验误差的来源，探讨消除走航式ADCP流量测验误差的方法，从而提高走航式ADCP的测验精度，使ADCP技术广泛应用到生产实践中。
翟玉明江苏省水文水资源勘测局南通分局江苏省南通市 226010摘要：本文对走航式ADCP与流速仪法流量测验进行比测分析，统计多次走航式ADCP与流速仪法流量测验结果，分析走航式ADCP流量测验误差的来源，探讨消除走航式ADCP流量测验误差的方法，从而提高走航式ADCP的测验精度，使ADCP技术广泛应用到生产实践中。
关键词：走航式ADCP 流量误差计算模型前言：随着经济社会的发展和水利现代化要求，新时代对水文提出了新的要求。
现代水文是水利现代化可持续发展的技术支撑，“更全、更准、更快、更新”是对水文水资源信息服务的新要求。
近几年来，我国水文测报基础设施与技术装备得到了较快的发展，水文自动测报系统逐渐完善，水文测报的新技术、新仪器、新设备得到了广泛的运用。
特别是引进了声学多普勒流速剖面仪（ADCP）以后，达到了快速测得断面流量的要求。
但是对成果的准确性和精度的可靠性还得在实践中积累经验数据加以论证并建立流量模型才能把成果运用到生产实践中。
因此流量比测是必不可少的环节。
本文以走航式ADCP与流速仪法在营船港闸水文站的流量测验结果来分析走航式ADCP流量测验误差的来源及消除的方法，并建立流量计算模型。
一、营船港闸水文站基本情况营船港闸水文站属于国家基本水文站，测验项目有水位、降雨量、流量。
测流断面位于闸上游220米，断面宽94.0米，最深处河底高程为-2.69，稳定水位2.00米，两岸边坡为斜石坡。
测验设施包括水文缆道，电动绞车，86型旋杯式流速仪，走航式ADCP。
ADCP流速及流量测量原理
0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4
3
基本概念
• Acoustic
• Doppler • Current • Profiler
4
声波发射
• ADCP的换能器以固定频率向水体和水底分 别发射一个短脉冲和长脉冲声波
• 声脉冲由于水里颗粒物存在反射并被换能 器接收
5
声波发射
1 cm
Euphasiid
1Байду номын сангаасcm
Pteropod
1 mm
Copepod
1980s四大海洋观测仪器之adcp是用于采集流速大小和方向的声学设备流速剖面视为不同水层bin或深度单元bepthcell的流速基本概念profiler基本概念adcp的换能器以固定频率向水体和水底分别发射一个短脉冲和长脉冲声波声脉冲由于水里颗粒物存在反射并被换能器接收adcp收到悬浮颗粒物反射回来的声波由于悬浮颗粒物的相对速度而产生频移多普勒频移trainapproacheshigherpitchtrainrecedeslowerpitch10相对速度悬浮颗粒物与换能器有相对运动才存在多普勒效应如果悬浮颗粒物运动垂直于90度换能器则没有多普勒效应知道了悬浮颗粒物与换能器发声方向的角度就可以通过多普勒频移推算出悬浮颗粒物的运动速度11相对速度timewaves10waveswavestimeacousticbeamscattersadcptransducerwavesmeasured12流速测量13流速测量adcp通常具有3个以上换能器同时发射和接受3个波束以上的声信号获得3个以上的相对速度利用波速间的角度将波束向波束坐标的相对速度转换为水平和垂向速度地球坐标14坐标关系和速度转换波束坐标系
ADCP基本原理及比测试验
ADCP基本原理及比测试验赵胜凯【摘要】流速仪施测流量的测量成果可以作为率定或校核其他测流方法的标准。
ADCP是目前世界上比较先进的河流流量实时测量设备，为加快石家庄水文现代化建设，近年来河北省石家庄水文水资源勘测局先后引进3台走航式ADCP测流设备。
为了率定ADCP与流速仪测流折算系数，在2008年南水北调京石段应急供水期间，利用石津渠测流断面对走航式ADCP测流与流速仪精测法测流进行了比测试验，并对取得的换算系数进行了水文检验。
通过对参数修正，提高了该仪器测验精度，达到正式应用的目的。
【期刊名称】《中国科技信息》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】2页(P138-139)【作者】赵胜凯【作者单位】河北省石家庄水文水资源勘测局【正文语种】中文【中图分类】基础科学中国科技信息 2015 年第 03 期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATIONFeb.2015-138-工程技术推广ADCP 是英文“Acoustic Doppler Current Profiler”的缩写，中文译为声学多普勒流速剖面仪。
ADCP 是当今测流仪器中先进设备的代表，专门用于河流、水渠或狭窄海峡的流量测量工作，该仪器性能稳定，是一种快速、有效的测流设备。
当安装有该设备的测船从河流某断面一侧岸边运行至另一侧岸边时，就能实时测出并显示该河流的流量、水深及断面面积，与传统的流速仪侧法比较省时、省力，效率大大提高。
ADCP 基本原理及流量计算基本原理我局 ADCP 配有换能器四个， ADCP 轴线与换能器成一固定角度，四个换能器既发射信号又接收信号，换能器发射的是声波脉冲信号。
这些声波脉冲碰到水体中悬浮的且随水体运动的微粒后产生反射波，换能器接收并记录发射波与反射波之间的频率改变，这个频率改变即称多普勒频移，可据此计算出水流相对于 ADCP 的速度。
同时，还向河底发射底跟踪声波脉冲，测出ADCP 安装平台（测船）的运动速度以及水深，然后将水流相对速度扣除船速得到水流的绝对速度。
ADCP与流速仪在洋山港的比测分析
均相对系统误差 ）相对均方差 （ 、 或随机不确定度 ） 等指标 。最 后
在各试 验站估算指标成果 与分析综 合 的基 础上 ， 出最终 比测 得
精度指标。
上 ，水跟踪 ” 量 的流速 即为水 流的绝 对速度 。当 Ａ Ｃ “ 测 Ｄ Ｐ安 装
在 船 上 （ 动 平 台） 在 “ 跟 踪 ” 量 的 相 对 速 度 中扣 除 船 速 （ 移 ， 水 测 平 台 的 移 动 速 度 ） 即得 到 水 流 的 绝 对 速 度 。 后
测量船速方法有两 种 ： “ ① 底跟 踪 ” 底 跟踪 ” 。“ 是指 Ａ Ｃ ＤＰ 通过接收和处 理海底 的回波信号 跟踪 海底 的相 对运 动。如果 海 底没有移 动的推移 质 ，底跟踪 ” “ 所测量的速度 即是船速 。② 利
实测垂线点流速进行对比分 析 ， 评价 比测精度综合指标等 内容 。
２ ＤＰ Ａ Ｃ 流速剖面仪测流原理
声学 多普 勒流 速剖 面仪配 备有 ４个换 能器 ， 与仪器 轴线 成
一
疆 ■
瞬 － 嗣
图 １ Ａ Ｃ Ｄ Ｐ采样 示 意
定 夹 角 。 每个 换 能器 既是 发 射 器 又是 接 收器 。换 能器 发 射 的
的对 比精 度 。本 文 主 要 对 洋 山 港 海 域 Ａ Ｃ Ｄ Ｐ与 Ｉ ２ ５ ５型 流 速 仪
用 ＧＳ Ｐ 测量船速 。由航 迹 上任 意两 点 的 Ｇ Ｓ坐标 值 可 以得到 Ｐ 两点 间的位移 ， 再除 以相对应的时间步长 即得 到船速 。 值得指 出的是 ， 与传统 流速仪 不同 ， Ｃ Ｍ） ２流速测 量点 不在 ＡＣ Ｄ Ｐ所处 的位置 ， 而且可以测量距其一定范 围内的许多点 的流 速， 例如垂线上多点流速 。也就是说 ， 台 Ａ Ｃ 一 Ｄ Ｐ可 以替 代许多
走航式ADCP与传统测验的比较分析
走航式ADCP与传统测验的比较分析摘要：当前在进行水文测验工作中，采用走航式ADCP进行流量的测验被广泛应用。
走航式ADCP的测验应用相对传统的流速仪的测验方法，在测验的准确性和工作原理等方面有着较大的优势。
本文就结合走航式ADCP流量测验和传统的流速仪的测验方法进行对比，提出采用走航式ADCP应用在流量测验中的优势所在。
关键词：走航式ADCP;流量测验；测验对比走航式ADCP，是声学多普勒流速剖面仪的简称。
作为当前被广泛采用的较为成熟的流量测验仪器，走航式ADCP的测验工作应对水文应急监测、突发性水事件、边界水量巡测等，数据精确、操作简便。
通过与传统的流量测验方法进行对比，走航式ADCP的精度更高、劳动强度小，而且速度快，具有对河床断面、河流流苏、流量、流向等进行随时测量的特性。
应用前景十分广阔。
1、走航式ADCP的定义以及功能概述走航式ADCP是美国RDI公司生产的，全称为声学多普勒流速剖面仪，目前分为走航式和固定式两种。
走航式ADCP上配备与ADCP轴线形成夹角的换能器，共有4个。
利用声学系统向水体发射固定的频率的声波，在水体中声波是悬浮的，遇到水体中的颗粒物产生反射波，通过对反射波与发射波的频率的记录，得到了多普勒频移。
继而可以计算出水流的相对ADCP 的速度，走航式ADCP还能够向河床发射底跟踪声波，测算出ADCP的运动速度和水的深度，根据水流相对速度，将船速扣除，然后得到水流的绝对速度[1]。
多普勒频移方程的计算公式：Fd=2FV/C公式中，F为发射波频移，V为沿声束方向的水流速度，C为声波在水中的传播速度。
2、传统水文测验方法在传统水文测验过程中，所使用的传统水文测验方法，通常是采用流速设备完成整体的流量测验。
此种流量设备的主要测量方法，是通过借助大断面之间的测量，根据不同的断面情况完成测深垂线、测速垂线的整体布设，通过根据所设垂线的有关水深情况，使用几点法展开，完成最终的流量测验结果计算[3]。
走航式ADCP与常规流速仪法流量测验对比分析
走航式ADCP与常规流速仪法流量测验对比分析摘要：运用大量实测资料，对常规流速仪与走航式ADCP实测结果进行对比，分析走航式ADCP使用效果，对今后的推广使用，提出意见和建议。
关键词：走航式ADCP；资料对比；分析1、测验环境的基本情况黄雒闸水文站位于流量测验断面位于闸下游150m处，断面附近河床无水草、乱石。
断面稳定，河宽160m。
断面下游350m为西河河口，断面受裕溪河水位顶托。
2、ADCP实测资料与流速仪实测资料对比ADCP走航式的测流原理为假定在距仪器一定距离内两波束相应测点处的流速大小方向也是相同的，并且和断面上的相应测点处的流速大小方向也是相同的。
即VA=VB=V1。
本次走航式ADCP与常规流速仪法流量测验对比分析为15次，走航式ADCP的测流断面采用缆道测流断面，即同一断面，保证了断面的统一。
而且在前后相邻时刻进行比测，所以，比测数据应相对可靠。
而且走航式ADCP测流时，测船平均速度力求小于或等于水流流速，且保证每次进行4 次断面测量，来回各两次，取得四次断面测量的平均值作为实测流量值。
如果四次断面测量值的变幅除以平均值结果大于 5%，应再进行另外四次的断面测量，保证了测验精度。
流速仪测流采用常测法，即每条垂线用0.2、0.8水深两点测速。
ADCP换能器水深度为0.1m，入手深度相对较小，但测流过程中不会发生换能器露出水面，产出“空蚀”现象，从而保证了测验的精度。
流量比测资料如下：黄雒闸水文站走航式ADCP与流速仪法流量测验对比分析ADCP在黄雒闸的流量比测表明：①ADCP测验方法与常规流速仪相比具有以下特点：常规流速仪法是静态方法，流速仪是固定的，ADCP方法是动态方法，ADCP在随测验船运动过程中进行测验；常规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，测船航行的轨迹可以时斜线或曲线；②不扰动流场，测验历时短、测速范围大，抗飘浮物强，测验风险小、测验数据量大,保养维修简单，不用上油清洗。
水文测验中ADCP的应用分析
水文测验中ADCP的应用分析在水文测验工作中，如何实现测量效率提高、测量时间减少以及动态监测都是水文技术研究中的一个重要问题。
而近年来研制出的ADCP仪器使得水文测验工作迈出了发展道路上极其重要的一步。
本文主要对ADCP的基本原理、特点和相关测量中的应用进行分析。
标签：水文测验；ADCP；应用ADCP是声学多普勒流速剖面仪的简称，是以声学多普勒原理为基础研制的。
目前，该仪器是世界上河流流速流量实时测量最常用、最先进的设备，是借助超声波多普勒频移的物理原理，通过高分辨率对水流垂直或水平方向的瞬时流速以及河流深度、宽度进行测量，以此将河道断面流量计算得出。
1、ADCP的基本原理ADCP仪器是借助配备的换能器在发射某个频率固定的声波后，仔细聆听水中颗粒物散射的声波完成测验工作的。
假设水体中颗粒物有着与水体速度相同的运动速度，ADCP通过跟踪颗粒物的运动（简称“水跟踪”）所测量的速度是以ADCP为参照状态下水流的速度，测量过程中，在水跟踪测量的相对速度中将换能器载体移动速度减去便能将水流绝对速度得出。
ADCP有着与传统流速仪法相同的流量测量原理，都是将测流断面分成多个子断面，随后对每个子断面内垂线上一点或多点流速、水深进行测量，以此将子断面内平均流速、流量得出，最后通过各个子断面内流量的叠加進而将整个断面的流量得出。
2、ADCP的特点2.1、动态测量传统测验方式中，不管是人工船测、桥测或是涉水测量等，都是将测量仪器固定在所测垂线处进行测量的。
而采用ADCP仪器进行测量时是以动态方法进行的，与测船运动过程同步进行的动态测量。
2.2、采样率高传统测验方式中，河流断面上布设的测验垂线仅有几条，而每条垂线上的测点也十分少。
而采用ADCP进行测量时，即便是在测船航行过程中也有着极高的采样率，能同时对几十个深度不同的采样值进行测量。
2.3、断面布设灵活传统测验方式中，通常都是将测流断面与河岸垂直。
而采用ADCP进行测量时，其测量结果并未与船只至河流此岸到彼岸间航线存在联系，无论是斜线或是曲线的轨迹都可以，从而将测量工作进一步简化。
浅析ADCP在流量测验中的优缺点
ＡＤＣＰ受 泥 沙 颗 粒 影 响 ：ＡＤＣＰ流 速 仪 测 量 流 速 需
时 ，ＡＤＣＰ向 水 中发 射 固 定 频 率 的 超 声 波 短 脉 冲 ，这 些 要 进 行 水 体 测 量 和 底 跟 踪 。水 体 测 量 是 测 量 水 体 相 对 于
脉 冲 碰 到 水 中 的 散 射 体 （泥 沙 、杂 质 等 ）发 生 散 射 。从 散 仪 器 的 速 度 ， 称 为 相 对 流 速 ，ＡＤＣＰ 向水 中 发 射 固 定 频
的 一 种 测 流 设 备 。它 利 用 多 普 勒 原 理 ，对 水 下 进 行 瞬 时
缺 点 ：ＡＤＣＰ受 铁 磁 影 响 ：通 常 ＡＤＣＰ流 速 仪 有 内
流 速 测 量 、水 流 宽 度 和 水 流 深 度 并 直 接 计 算 出 水 流 的 断 置 磁 罗 经 ，ＡＤＣＰ换 能 器 收 到 的 返 回信 号 通 过 罗 经 计 算
射 底 跟 踪 脉 冲 ，测 出 测 量 船 舶 的 运 动 速 度 和 水 深 ，结 合 底 相 对 于 声 学 多 普 勒 流 速 仪 的 运 动 。仪 器 用 测 得 的 底 跟
水 流 相 对 速 度 和 船 速 得 到 的 水 流 的 绝 对 速 度 。
踪 速 度 和 水 体 测 量 的 相 对 流 速 ，计 算 流 速 、流 量 。在 使 用
ＡＤＣＰ测 量 盲 区 影 响 ：ＡＤＣＰ 的 盲 区 由 四 个 部 分
进 行 测 验 。 传 统 流 速 仪 法 要 求 测 流 断 面 垂 直 于 河 岸 。 组 成 ：顶 部 盲 区 、底 部 盲 区 和 左 右 盲 区 。顶 部 盲 区 包 括
于 海 洋 、河 口 的 流 场 结 构 调 查 、流 速 和 流 量 测 验 等 。
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多普勒流速剖面仪(ADCP)与流速仪法流量对比分析摘要:随着时代的发展,水文仪器已进入高科技时代,ADCP即多普勒流速剖面仪是目前测量江河流量的最高端产品,但任何仪器设备都不是万能的,对于操作者来说将提出更高的要求。
本文通过与流速仪法对比分析,总结出了利用两种不同的方法所存在的差异,对于同行业使用ADCP测流具有一定的参考价值。
关键词:ADCP 流速仪对比分析
1 情况简介
松花江(六)站是松花江控制站,也是国家重要水文站。
该站位于吉林省德惠市松花江镇,设立于1923年1月,最初站名为松花江铁桥;1933年11月更改站名为松花江; 1966年6月经过几次迁移,最后为目前的松花江(六)水文站,集水面积51500km2。
畅流期采用牵船索人工摆舵船上测流。
该站ADCP于2008年就已经配置到位,近几年来一直在进行对比及操作训练,目前该站人员已经能够对ADCP进行熟练操作和使用,对比数据经计算分析合理可靠,具备投入使用的条件。
ADCP是利用多普勒效应原理进行流速测量。
ADCP因其原理的优越性,突破传统机械转动为基础的传感流速仪,用声波换能器作传感器,换能器发射声脉冲波,声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗
粒、浮游生物等反散射体反散射,由换能器接收信号,经测定多普勒频移而测算出流速。
ADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。
目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。
与传统的人工船测,桥测,缆道测量,和涉水测量的基本原理一样:在测流断面上布设多条垂线,在每条垂线处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速,但ADCP所测的垂线可以很多,每条垂线上的测点也很多。
2 对比分析的目的
通过对比ADCP测流与常规流速仪测流数据,分析之间存在差异的原因,可以尽量减少由于操作不当产生的误差,以便ADCP在本站更好地投入应用。
同时还可以解决本站由于偏角测量引起的流量改正等一系列问题。
3 对比时间及方式
本次对比共分为冰期和畅流期两个阶段,冰期采用定点测量的方式,畅流期采取走航的方式。
2008年汛期ADCP在松花江站进行了试运行,当年年末针对冰期松花江流量上下游不合理进行了定点测量,同
流速仪进行了对比分析。
2009年畅流期,又进行了5次对比分析,测时水位分别为:90.06m、89.88m、89.36m、89.84m、89.40m。
流速仪测流采用30公斤铅鱼悬吊流速仪,测深采用铅鱼悬索测深,起点距定位采用读距索。
4 仪器类型
松花江站配备的ADCP为美国RAI公司生产骏马系列1200khz 四波速声学多普勒流速剖面仪,流速仪选用重庆产LS68型流速仪,仪器公式为V=0.6713n+0.0035。
5 测流对比分析
5.1 冰期对比分析结果
2009年1月14日和2月28日分别进行了2次冰期ADCP对比分析,见表5.1,通过对比分析,ADCP四次测流结果算术平均为350m3/s,单次相对偏差均小于5%,测流结果符合要求。
流速仪第1次在不加偏角改正的情况下2次流量平均为326m3/s,进行偏角改正后平均流量为261m3/s,由以上两组数据说明,冰期测流在不加偏角校正的情况下与ADCP测流结果偏差较小,相对偏差为4.17%,而通过偏角修正,相对偏差较大达到34.2%。
由此可见,冰期测验使用流速仪在数据处理时不加
偏角修正数据较为合理。
5.2 畅流期对比分析结果
2009年畅流期间共计对比分析了5次,分别为全年流量测次的17次、19次、22次、33次和34次,ADCP对比分析10次。
第一次流速仪测流结果为531m3/s(采用ADCP测流时水位上涨了0.02m,通过水位流量关系线查得90.08m时流量为540m3/s),ADCP测流2次平均为562m3/s,相对偏差为4.07%;第二次流速仪测流结果为465m3/s,ADCP 测流2次平均为459m3/s,相对偏差为3.76%;第三次流速仪测流结果为287m3/s,ADCP测流为290m3/s(结果有一次偏差较大,未做2次平均),相对偏差为1.05%;第四次流速仪测流结果为443m3/s,ADCP测流2次平均为452m3/s,相对偏差为 1.92%;第五次流速仪测流结果为296m3/s,ADCP测流2次平均为306m3/s,相对偏差为3.38%。
5.3 畅流期对比相关性分析
通过对以上5次流量对比所得数据分析,ADCP与流速仪测流相关性较好,相关系数为1.0081。
5次流量相对偏差均小于5%,平均偏差为2.84%。
5.4 误差分析
从对比数据结果分析,采用ADCP测流较流速仪略有偏大,其主要原因是由于受到流速仪测流布设垂线的局限性,不可避免的会产生断
面切割现象,使得所测的面积偏小,而采用走航式ADCP测流则避免了面积所产生的误差,因此ADCP测流较流速仪测流结果偏大是合理的。
6 结语
通过冰期及畅流期流量对比分析,冰期在不加偏角改正的情况下,流量相差较小,相对偏差为4.17%,畅流期平均相对偏差为2.84%,单次最大偏差均在5%以内。
因此通过对比分析,ADCP与流速仪测流偏差较小,二者之间误差均小于10％,符合水文测验规范的要求。
ADCP投入使用的条件已经成熟。
但在使用的过程中,应该注意以下问题:
(1)应熟练掌握ADCP参数配置以及换能器吃水深、岸边距等变量设置,否则对流量影响较大。
(2)作业船航速是影响流量测量精度的重要因素,且可以由测量者控制。
航速越低,流量测量误差越小,一般航速可以控制在0.5～1.0m/s 之间。
河面越宽、河流流速越大、系统频率越高、系统发射速率越快,其流量的测量误差就越小。
(3)除此之外,由于采用ADCP测流无法布设测沙垂线,因此建议悬移质输沙率测验采用全断面混合法。
(4)ADCP在冰期由于定点测流无法使用无线方式,操作较为不便,因此建议仍然使用流速仪测流,且计算时不加偏角改正。
(5)在测流前,进行接线安装时,一定要严格按照规定进行连接,特别是蓄电池的正负极不要接错,否则将会烧毁有关电器元件。
(6)每次插ADCP上的插头时,要抹一点硅脂,硅脂不能太多,也不能太少,插好ADCP上的插头后,要锁好锁圈,而在拔下插头前,一定要先松开锁圈。
(7)拆装时,一定要给换能器戴好保护帽,换能器也不能承受强烈震动和敲击,换能器表面要注意保护,不能划伤。