高浓度悬浮泥沙的声学观测
ADP与OBS观测悬沙浓度实验对比研究
为数据个数。
2 实验结果
2. 1 水平悬沙浓度对比 通过对 ADP 和 OBS 大小潮同步观测悬沙浓度结果（0. 2H） 进行对比（ 图 1） ，发现 ADP 与 OBS 观测
结果具有同步峰值变化，但 ADP 观测 悬 沙 浓 度 峰 值 变 化 要 比 OBS 观 测 悬 沙 浓 度 峰 值 变 化 平 缓。 也 就 是说，ADP 观测悬沙浓度时，可能丢失某些悬沙浓度变化峰值。 2. 2 垂向悬沙浓度对比
境没有干扰；在特征时刻取悬沙水样率定 OBS 和 ADP，也 可 用 OBS 率 定 ADP，ADP 和 OBS 观 测 悬 沙 浓 度 结
果可以相互验证。可见，利用声学与光学仪器进行现场 联 合 观 测，可 以 提 高 现 场 悬 沙 浓 度 观 测 的 时 空 分 辨 率
和 准 确 度 ，同 时 ，也 为 深 入 研 究 悬 沙 浓 度 变 化 的 机 制 、机 理 ，以 及 悬 沙 通 量 计 算 提 供 了 一 个 有 效 而 可 靠 的 途 径 。
关键词：悬沙浓度； ADP；OBS； 声强信号；浊度
中 图 分 类 号 ：TV148
文献标识码：A
文 章 编 号 ：0468 -155 X （ 2010 ） 05 -0059 -07
声学多普勒流速剖面仪在黄河下游悬移质泥沙测验中的应用探索
声学多普勒流速剖面仪在黄河下游悬移质泥沙测验中的应用探索发布时间：2021-09-06T08:27:06.598Z 来源：《工程建设标准化》2021年第11期作者：宋士强展恩泽[导读] 随着现代技术的不断发展，传统水文如何走出去与新技术接轨是水文工作面临的最直接的问题。
近年来黄河下游实现了从流速仪向声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的转变，但也带了了许多新问题宋士强展恩泽黄委山东水文水资源局山东济南 250100摘要：随着现代技术的不断发展，传统水文如何走出去与新技术接轨是水文工作面临的最直接的问题。
近年来黄河下游实现了从流速仪向声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的转变，但也带了了许多新问题，本文面向利用ADCP实现声学测沙、基于ADCP测验数据的单沙测验垂线布设方法和输沙率计算方法两个方向进行了探讨研究。
关键词：水文测验；ADCP；声学测沙；含沙量；输沙率引言水文是研究自然界水的时空分布、变化规律的一门边缘学科，所涉及的洪水预报、河势演变分析、河床冲淤分析、河道流量推演等内容与人民的生活息息相关。
水文测验所提供的数据支撑是水文学科所依赖的基础，21世纪以来，伴随着新时代的步伐，新技术、新方法在水文领域的应用更加广泛，促进传统水文向现代化、智能化的方向飞速发展。
声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是一种利用超声波多普勒频移的物理原理测流的成熟仪器，已经在国内外水文测验上普遍使用。
新技术带来许多便利，缩短了测验历时，减轻了劳动强度，但是，也带来许多新问题：黄河是世界上含沙量最大的一条河流，悬移质泥沙的测验是必不可少的项目，对黄河河道的冲淤变化的监测，即对河道过流能力安全性、防汛调度的监测也是极其重要的。
1.黄河下游泥沙测验现状黄河是世界上含沙量最大的一条河流，河流情况复杂，目前，黄河上主要采用日常单沙测验、输沙率测验这两种方式对河流中悬移质含沙量进行监测，主要方法采用横式采样器采样、室内置换法处理，该方法存在诸多弊端：利用铅鱼或取样器进行泥沙测验时的测沙垂线位置、测点深度控制存在误差，耗时长，劳动强度大，瞬时采样不能消除泥沙脉动的影响，室内泥沙置换时效性不高，受人工操作影响较大等问题。
声学光学法泥沙浓度观测的对比研究
声学光学法泥沙浓度观测的对比研究胡捷;徐继尚;牛建伟;董平;秦宽宽【摘要】根据光学后散射传感器(Optical Backscatter Sensor,OBS)和声学后散射传感器(A-coustic Backscatting Sensor,ABS)估算悬浮沉积物质量浓度(Suspended sediment concentra-tion,SSC)的原理,在水槽实验室不同波况产生较高悬浮沉积物质量浓度的条件下运用 OBS仪器 ASM-IV(激光边界层泥沙剖面仪)和 ABS仪器 AQUAscat1000(多频声学悬沙剖面仪)观测并记录数据。
然后用水槽实验抽取的水样标定光学和声学仪器,反演得到高精度的垂向泥沙浓度分布剖面。
结果表明,OBS仪器 ASM-IV 上的不同光学探头测得的浊度与 SSC 可以用同一个线性关系描述,相关系数高达0.996,进而能够高精度(垂向间距1 cm)地反演垂向的SSC剖面；对于本组水槽实验的粉土底质和不同的波况而言,声学仪器比光学仪器的量测精度低；不同频率声学仪器换能器的量测值可相差几个数量级,不同波况条件下的声学仪器反演值与实测 SSC的相关性系数在0.716~0.974变化。
%Based on the principle of the estimation of suspended sediment concentration (SSC)by using optical backscatter sensor(OBS)and acoustic backscatter sensor(ABS), the suspended sediment concentrations have been measured and recorded by using OBS instrument ASM-IV and ABS instrument AQUAscat1000 under the conditions of high sediment concentration and different wave conditions in a water flume lab.Both the OBS and the ABS measurements are first calibrated with the water samples collected during the water flume experiments and then inverted to obtain the vertical SSC profiles with high accuracy.The results show that the turbidity and the SSC determined with differ-ent optical probes of ASM-IV can be described withthe same linear relationship,with a correlation coefficient being as high as 0.996,indicating that the vertical SSC profile can possibly be inverted with a high accuracy (vertical interval 1 cm).For the silty bottom and wave conditions in the present flume experiment,the detection accuracy is lower with the ABS instrument than with the OBS instrument.The values measured by using the acoustic transducers with different frequencies can vary over several orders of magni-tude,and the correlation coefficients between the inverted and the measured SSC values vary from 0.716 to0.974.【期刊名称】《海岸工程》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】11页(P47-57)【关键词】连续OBS;多频ABS;SSC;垂向剖面【作者】胡捷;徐继尚;牛建伟;董平;秦宽宽【作者单位】中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100;中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100;中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100;中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100;中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100【正文语种】中文【中图分类】P733.2海底沉积物或水体泥沙在多种外力作用下存在着再悬浮和沉降的动力过程，而能否准确测量泥沙或沉积物的相关参数对于评估海洋初级生产过程、港口航道的淤积、石油及通信管线安全、海上开发平台安全等涉及海底边界层泥沙输运过程有很大影响。
声悬浮实验报告声悬浮实验
声悬浮实验报告声悬浮实验实验四十四声悬浮实验【实验目的】1. 观察声悬浮现象，并利用声悬浮现象测量声速；2. 用驻波法（共振干涉法）和时差法测量声速。
【实验方案】一般地讲，弹性介质中的纵波都被称为声波。
频率在20～20000Hz之间的声波，能引起人的听觉，称为可闻声波，也简称声波。
频率低于20Hz的叫做次声波，高于20000Hz的叫做超声波。
介质中有声波传播时的压力与无声波时的静压力之间有一差额，这一差额称为声压。
声波是疏密波，在稀疏区域，实际压力小于原来的静压力，声压为负值；在稠密区域，实际压力大于原来的静压力，声压为正值。
以p表示声压，则有p pmsin( t kx) （1）其中，ω=2π/T，为声波的角频率；k=2π/λ，为声波的角波数；而声压振幅pm uA （2）其中ρ为介质密度，u为声波波速（简称声速），A为声波振幅，ω为声波角频率。
由（2）式可知，声压的大小由4个物理量来决定。
因为声速的大小仅由声波传播时所经过的介质来决定，所以在传播介质一定的情况下，声压的大小主要取决于声波的振幅和频率。
声强就是声波的强度，即为211pm22I uA 22 u （3）声悬浮是利用高强度声波产生的声压来平衡重力，从而实现物体悬浮的一种技术。
由于驻波产生的声压远大于行波，所以声悬浮实验普遍采用驻波。
一个最简单的驻波系统可由一个声发射端和一个声反射端构成，即形成一个谐振腔。
发射端到反射端的距离L是可调的，以满足驻波条件。
如果将声场近似看作平面驻波，则驻波条件为L n，n 1，2，3 ，2 （4）发射面和反射面是声压的两个波腹，声压波节位于λ/4，3λ/4，5λ/4，…处。
在声压波节处，声辐射力具有回复力的特性，即一旦样品有所偏离，就会被拉回原位置，所以声压波节就是样品的稳定悬浮位置。
因此可以悬浮的样品数应为n个，且两个样品之间的距离为λ/2。
通常，选择声波的传播方向与重力方向平行，以克服物体的重力。
较重的物体，其悬浮位置会偏向声压波节的稍下方。
水体悬浮泥沙浓度新型监测方法综述
科 技·TECHNOLOGY68水体悬浮泥沙浓度新型监测方法综述文_肖小妮 北控技术服务（广东）有限公司摘要: 水体悬浮泥沙浓度作为表征水质优劣的一个重要特性，不仅直接影响水质透明度和水色等光学特性，而且对水生生态环境和河口海岸带冲淤演变过程也有显著影响。
因此，水体悬浮泥沙浓度的监测对水体环境具有重要的现实意义。
而传统的过滤称量法虽然具备较高的精度，但存在着耗时长、工作量大、数据不连续及丢失等问题，不再适合于观察复杂的泥沙运动和实地监测。
对此，本文从声学测量、卫星遥感、光学测量等方面分析了近年的悬浮泥沙浓度新型监测方法，并针对目前新型监测方法存在的主要问题，提出了在未来研究中需要改进的内容和建议，有利于悬浮泥沙浓度检测领域新技术的创新和发展。
关键词：悬浮泥沙；浓度；遥感；光学测量；声学测量Review of New Monitoring Methods for Suspended Sediment Concentration in WaterXiao Xiao-ni[ Abstract ] As an important characteristic of water quality, the concentration of suspended sediment not only directly affects the transparency and color of water quality, but also has a significant impact on the aquatic ecological environment and the evolution of estuarine and coastal zone. Therefore, the monitoring of suspended sediment concentration is of great practical significance to the water environment. However, the traditional filter weighing method has high precision, but it has many problems such as long time consuming, heavy workload, data discontinuity and loss. It is no longer suitable for observation of complex sediment movement and field monitoring. In this paper, the new monitoring methods of suspended sediment concentration in recent years are analyzed from the aspects of acoustic measurement, satellite remote sensing and optical measurement. In view of the main problems existing in the current new monitoring methods, the contents and suggestions that need to be improved in the future research are put forward, which is conducive to the innovation and development of new technologies in the field of suspended sediment concentration detection.[ Key words ] suspended sediment; concentration; remote sensing; optical measurement; acoustic measurement河水和海水中的悬浮泥沙浓度是最基础关键的水文和环境参数，直接影响了水体中光照分布、水体透明度、水色等光学特性，进而对水生生态过程产生显著影响。
连云港港30万吨级航道工程抛泥悬浮物扩散观测研究
入 分 析 抛 泥悬 浮 物 扩 散 对航 道 回淤 及 周 边 水 域 淤 积 影 响 ，提 出抛 泥 应 对 措施 ，为优 化 和 指 导 抛 泥 作 业 提供依 据 。
工作 内容
抛泥方量， ｍ
测 拟使用 的４ 。 Ｐ 台Ａ ｃ 的测 沙标
２ 。 。。
当Ａ Ｃ 反射强度显示 断面含沙量达到背景浓度 ＤＰ
时 ，根据 纵 断 面观 测 反 馈 的悬 浮物 扩 散 情 况适 时 调 整横 断 面 。 ５）动 船取 水样 。 采 用 １ 观 测 船 取 水 样 。使 用 设 备 包 括 １ 条 台
关 于抛 泥 悬 浮 物 的 系统 观 测 源 于２ 世 纪４ 年代 ， ０ ０ 大 致 经 历 了现 场 取 水 样 、光学 测 沙 和 声 学 测沙 等 阶 段 。其 中 ，现 场 取 水 样 方 式 由于操 作 简 单 、成
果可靠而得 到广泛应用 ，但是这种方式存在费用 高 、受现场 自然条件制约较大 、无法进行连续观 测等缺点。２ 世纪８ 年代和９ 年代研发 的光学反 ０ Ｏ Ｏ 向散射浊度仪 （ Ｂ 和Ｌｓｔ Ｏ Ｓ） ｉ 激光颗粒分析仪等 ｓ
ＺＨＡＮＧ ａ ＭＡ ｎ — ｕ ， Ｅ Ｒｕ Ｗ ａ ｇ Ｄａ ｗ ｌ Ｈｕ ， Ｘｉ ｇ ｈ ａ ＸＩ ｉ ， ｎ — ｅ ‘
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长江口细颗粒悬沙浓度垂向分布
长江口细颗粒悬沙浓度垂向分布摘要在长江口利用“声学悬沙观测系统”观测到大潮四种典型的高时空分辨率细颗粒悬沙浓度声学垂向分布图和垂线分布曲线。
悬沙浓度垂线分布曲线表明：(1)在涨潮时呈L形，悬沙浓度的垂向变化梯度小(浓度小于1.0g/l)。
(2)在涨急时呈射流形，射流顶的悬沙浓度达10g/l，悬沙浓度的垂向变化梯度大。
(3)在落潮时从水面到水底悬沙浓度按指数增加，可能代表恒定均匀流中悬沙处于平衡条件的分布，泥沙垂向扩散系数εS在数值上大约是泥沙颗粒沉降速度ωＳ的两倍。
(4)在落急时是不连续，并且在水体中部呈射流形，悬沙浓度的垂向变化梯度大。
关键词长江口细颗粒悬沙浓度高时空分辨率声散射1 前言Kirby和Parker[1]首次用LUTOCLINE(泥跃层)一词描述潮汐河口粘性细颗粒悬沙浓度垂向分布的不连续性，即垂向悬沙浓度出现明显的变化。
此后，泥跃层和近底高含沙层被发现普遍存在于许多高浑浊的河口海湾[2～5]。
Ross和Mehta、Smith和Kirby以及Wolanski等[5～9]详细地研究了泥跃层和近底高含沙层的动力特性，并建立了相应的数学模型。
这些研究加深了我们对潮汐河口近底水—泥相互作用的认识，这种相互作用控制整个潮汐河口细颗粒泥沙的输移过程。
在海岸工程应用上，如河口航道、港口、码头和系船池，需要对细颗粒泥沙运动定量化。
由于河口悬沙浓度随深度迅速变化，因此，悬沙浓度的精确观测是一个关键。
至今，为了获得近瞬时的悬沙浓度的垂向分布，已发展了许多新的技术。
特别是声学技术被广泛应用于海洋中悬沙浓度的测量[10～13]，使我们能得到高时空分辨率悬沙浓度垂向分布；但是声学技术尚未广泛应用于河口粘性细颗粒悬沙浓度的连续观测。
国内，在河口细颗粒泥沙输移现场观测研究中，悬沙浓度资料大多依赖于野外水样的采集[14～16]。
Li等[17]利用光学测沙系统研究了浙江椒江河口细颗粒泥沙输移。
本文作为“声学悬沙观测系统”在长江口北槽口外悬沙运动研究应用的系列成果[18～20]，其目的是为了解河口细颗粒悬沙浓度近瞬时垂向分布提供一种较好的途径。
长江口北槽近底高质量浓度泥沙形成关键机制分析
长江口北槽近底高质量浓度泥沙形成关键机制分析
柯科腾;葛建忠;丁平兴
【期刊名称】《海洋科学进展》
【年(卷),期】2018(036)004
【摘要】通过对长江口北槽水文泥沙观测数据的分析,并结合前人的研究成果,定性地确定了制约沉降及紊动抑制作用在长江口近底高质量浓度悬浮泥沙的形成中有重要的作用;通过一个基于FVCOM的一维垂向泥沙模型定量地确定了制约沉降对水体含沙量浓度的增加作用,但紊动抑制显著地改变了泥沙浓度的垂向结构,增强了近底层的水体层化,从而形成了较为明显的近底高质量浓度泥沙悬浮;与实测数据的对比结果显示,制约沉降与紊动抑制作用的联合作用对近底高质量浓度悬浮泥沙模拟结果有显著的改善作用,模型能够较好地模拟大潮期间的长江口近底高质量浓度泥沙垂向剖面过程.
【总页数】10页(P560-569)
【作者】柯科腾;葛建忠;丁平兴
【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062
【正文语种】中文
【中图分类】P736
【相关文献】
1.滩槽泥沙交换对长江口北槽深水航道回淤影响的分析 [J], 金缪;虞志英;何青
2.滩槽泥沙交换对长江口北槽深水航道回淤影响的分析 [J], 金镠;虞志英;何青
3.长江口北槽挖槽段泥沙淤积机理探讨 [J], 张栋梁;孙建国
4.长江口北槽挖槽段泥沙淤积特性研究 [J], 张栋梁;姚金元
5.长江口北槽深水航道回淤泥沙来源分析 [J], 赵捷;何青;虞志英;金鏐
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基于多普勒声学原理测定海水悬沙质量浓度
Ｖｏ１ ． ２２ ＮＯ ．２
Ｏｌ ３ Ｊ ｕ ｎ ． ２
２ ０ １ ３年 ６月
Ｉ ） Ｏ１ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ６ ６ ８ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ２ ． ０ ２ ３
基 于 多 普 勒声 学 原 理 测 定 海 水 悬 沙 质 量 浓度
田 慧娟 “ ， 韩 赋 ， 朱 柯 行 ， 周 志 鹏
（ 淮 海 工学 院 ａ ． 江 苏 省 海 洋 资 源 开 发 研究 院 ， ２ ２ ２ ０ ０ １ ； ｂ ． 测 绘 工 程学 院 ， ２ ２ ２ ０ ０ ５ ， 江 苏 连 云港 ）
摘
要： 基 于 多普 勒流 速仪 发射 声脉 冲 波并接 收 悬沙颗粒 反射 的信 号 ， 通过信 号 强弱计 算 悬沙质 量
舍， 平 均相对 误 差在测 量误 差 允许 范 围 内， 进 一步 验证 了方程 的正确性 。 关键 词 ： 多普 勒 流速仪 ； 信 号 强度 ； 悬 沙质量 浓度
中图分 类号 ： Ｐ ７ ３ ６ ． ２ １ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ６ ８ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ — ０ ０ ８ ９ — ０ ４
ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｗａ ｖ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｓ ｅ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｓ ｅ ｄ ｉ — ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｇ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｅ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｒ ｅ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ ｌ ｙ ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｖ ａ ｌ ｕ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｕ ｐ ｐ ｅ ｒ ｐ ａ ｒ ｔ ｇ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｌ ｌ ｙ ｄ ｒ ｏ ｐ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｐ ｔ ｈ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ Ｓ Ｕ Ｓ — ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ ｓ ｅ ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｈ ｉ ｇ ｈ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ． Ｔｈ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｎ ｄ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｒ ｅ ｆ ｉ ｔ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｆ ａ ｌ ｌ ｓ ｒ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
高浓度悬浮沙粒浓度分布的超声测量研究的开题报告
高浓度悬浮沙粒浓度分布的超声测量研究的开题报告
一、选题背景
高浓度悬浮沙粒是一种重要的工程材料，广泛应用于水利、交通、建筑等领域，因其具有良好的物理化学性质和丰富的资源，因此备受关注。
然而，在生产过程中，高浓度悬浮沙粒难以精确测量，传统的测量方法如光学技术和传统位移测量技术等存在局限性。
因此，本研究选取了非接触、无损的超声测量方法进行研究。
二、研究目的
本研究旨在探究利用高频率超声波检测高浓度悬浮沙粒浓度分布的可行性，并且建立相应的数学模型，以解决目前对高浓度悬浮沙粒浓度分布难以准确测量的问题。
三、研究方法和步骤
1. 研究方法：本研究采用非接触、无损的超声测量技术，探究超声检测技术应用于高浓度悬浮沙粒浓度分布测量的可行性。
2. 研究步骤：
（1）收集高浓度悬浮沙粒样品，制备高浓度悬浮液，波长为10-20um。
（2）选取常用的超声波发射器，利用高频率超声波探头对高浓度悬浮沙粒进行检测，记录超声波经过样品时的传播时间和幅度。
（3）根据传播时间和幅度通过数学模型计算高浓度悬浮沙粒的浓度分布，并收集和分析数据。
（4）通过对实验和数据分析的结果进行总结和提炼，得出测量高浓度悬浮沙粒浓度分布的超声测量技术可行性的结论。
四、预期研究成果
通过本研究，我们预计能够建立起一套可行的基于超声波检测技术的高浓度悬浮沙粒浓度分布测量方法，并得到精准的浓度分布数据。
本研究成果可以为后续高浓度悬浮物浓度分析提供有效的技术支持，同时可以推动超声测量技术在实践中的应用。
悬浮泥沙浓度的测量
悬浮泥沙浓度的测量
唐兆民;何志刚;韩玉梅
【期刊名称】《中山大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(042)0z2
【摘要】分析了悬浮泥沙浓度测量的几种方法的原理及目前的研究进展,为悬浮泥沙浓度测量的进一步创新研究和河口海岸研究中新技术的运用提供科学的依据和建议.
【总页数】4页(P244-247)
【作者】唐兆民;何志刚;韩玉梅
【作者单位】中山大学近岸海洋研究中心,广东,广州,510275;中山大学近岸海洋研究中心,广东,广州,510275;中山大学近岸海洋研究中心,广东,广州,510275
【正文语种】中文
【中图分类】P736.21
【相关文献】
1.悬浮泥沙浓度的测量 [J], 唐兆民;唐元春;何志刚;韩玉梅
2.珠江口虎门悬浮泥沙浓度的测量 [J], 唐兆民;何志刚;任杰;谢正峰
3.基于Landsat8数据的舟山群岛海域悬浮泥沙浓度遥感研究 [J], 潘磊剑;郭碧云
4.基于遥感反射率分类的鄱阳湖悬浮泥沙浓度反演研究 [J], 宋子豪
5.基于GOCI影像的半月潮周期内渤海悬浮泥沙浓度变化研究 [J], 李阳东;胡佳杰;吴珍瑜
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不同浓度泥沙水体光谱特征
不同浓度泥沙水体光谱特征不同浓度泥沙水体光谱特征引言随着现代社会的快速发展和人口的不断增长，水资源的保护和管理变得越来越重要。
泥沙是指水体中悬浮的固体颗粒，由于不同地区的地质和人类活动的不同，泥沙的浓度在不同的水体中变化较大。
泥沙对水环境的影响是非常复杂和深远的，其中光谱特征的研究对于理解和评估泥沙对水环境的影响至关重要。
本文将一步一步回答：“不同浓度泥沙水体光谱特征”。
第一部分：概述不同浓度泥沙水体的光谱特征在泥沙水体中，溶解有机物、颗粒态有机物和无机颗粒物等物质的存在会对水体的光谱特征产生影响。
溶解有机物和颗粒态有机物主要通过吸收和散射光线的不同来体现，而无机颗粒物则对光线的传播和吸收产生明显影响。
因此，不同浓度泥沙水体光谱特征的研究对于准确评估水体的污染程度和环境质量非常重要。
第二部分：浓度对泥沙水体光谱特征的影响随着泥沙浓度的增加，光线在水体中的传播受到阻碍，水体的透明度也会下降。
在可见光范围内，浓度较低的泥沙水体呈现出较高的透明度，而浓度较高的泥沙水体则呈现出较低的透明度。
这是因为泥沙颗粒会吸收和散射光线，阻碍光线在水体中的传播。
第三部分：不同浓度泥沙水体的吸收特征不同浓度的泥沙在可见光范围内会吸收不同波长的光线。
一般来说，泥沙的吸收特征与其颗粒大小、形状和化学组成有关。
较低浓度的泥沙水体主要吸收蓝色和紫色光线，而较高浓度的泥沙水体则对绿色和黄色光线具有更强的吸收能力。
这种吸收特征的变化也能够用来定量评估泥沙浓度的变化。
第四部分：不同浓度泥沙水体的散射特征泥沙颗粒的散射特征对于水体的光谱特征也有重要影响。
较低浓度的泥沙水体通常呈现出较低的散射率，而较高浓度的泥沙水体则呈现出较高的散射率。
这是因为较大颗粒的泥沙更容易散射光线，而在较高浓度的泥沙水体中颗粒之间的相互作用会增加散射光线的强度。
第五部分：不同浓度泥沙水体的反射特征泥沙水体中的颗粒对光线的反射也会产生一定影响。
较低浓度的泥沙水体反射的光线主要由水体中的悬浮颗粒和底部土壤等因素决定，而较高浓度的泥沙水体的反射光谱特征受到颗粒浓度和颗粒大小分布的影响较大。
基于声学方法的中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程观测研究的开题报告
基于声学方法的中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程观测研究的开题报告一、选题背景和意义：近年来，海洋环境变化已成为全球性问题，而中国近海处于亚洲大陆东部，是世界海洋环境的重要组成部分。
中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程的研究可以全面了解海底和海水交互的过程，并有助于预测、评估海洋环境变化的影响。
基于声学方法的观测技术已经在海洋学领域中得到广泛应用，其在海底和海水中的颗粒物浓度测量、颗粒物大小分布等方面具有优势，因此，本开题报告提出基于声学方法探究中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程观测研究的方案。
二、研究内容和思路：1.针对中国近海海底沉积物和海水中的颗粒物动力过程，选择适合声学方法的仪器和设备，进行数据采集和处理。
例如，利用多普勒声学系统进行速度和粒径分析，利用声学散射用于实时监测和测量颗粒物沉积速率等。
2.结合该海域的环境因素（如海流、海洋生物等），采集相应的数据和样品进行分析，进一步探讨海洋环境变化对沉积物和悬浮颗粒物动力过程的影响。
3.建立数学模型，对采集的数据进行计算和分析，以精确描述海底沉积物和海水中颗粒物的动力过程，以及这些过程所受的影响。
三、预期成果：1.基于声学方法的中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程观测技术方法的验证和完善。
2.中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程基本特征的探究，可以为现代海洋环境变化的研究提供参考。
3.数学模型的建立，可为海洋环境影响评估和相关领域的演化预测提供理论支持。
四、研究难点和工作计划：1.研究中要选取适合的声学方法并对其进行合理结合，以达到更准确的结果。
2.对于海洋环境中的复杂环境因素，如较强的海流、海洋生物群落等，在数据处理中需要进行综合考虑，以减少其干扰。
3.研究进程预计将从数据的采集与处理开始，逐步建立数学模型，并在此基础上逐渐深入探究。
四、结论：本研究提出了基于声学方法的中国近海沉积物和悬浮颗粒物动力过程观测研究的方案，该研究预计可以全面了解海底和海水交互的过程，并有助于预测、评估海洋环境变化的影响。
河底泥沙的声学系数
河底泥沙的声学系数一、引言河底泥沙的声学系数是指泥沙对声波的反射、传播、吸收等特性的综合表现。
由于河床泥沙的组成、形态、密度等因素不同，其声学系数也会有所差异。
本文将从声学基础知识、河床泥沙的物理特性和测量方法三个方面来探讨河底泥沙的声学系数。
二、声学基础知识1. 声速：指在某种介质中，声波传播的速度。
在水中，声速为约1500米/秒。
2. 声阻抗：指声波在两种介质之间传播时，两种介质所具有的不同阻力。
其计算公式为：Z=ρc，其中ρ为介质密度，c为介质中的声速。
3. 反射系数：指当一束声波从一个介质进入另一个介质时，部分能量被反射回原来的介质中的比例。
其计算公式为：R=(Z2-Z1)/(Z2+Z1)，其中Z1和Z2分别为两种介质的声阻抗。
4. 传播损失：指由于吸收和散射等因素造成声能量在传播过程中的损失。
其计算公式为：L=10log(I0/I)，其中I0为声波入射时的强度，I为声波传播一定距离后的强度。
三、河床泥沙的物理特性1. 组成：河床泥沙主要由石英、长石、云母等矿物组成。
2. 形态：河床泥沙颗粒大小不一，形态也多种多样，包括圆形、椭圆形、棱柱形等。
3. 密度：河床泥沙密度一般在2-3g/cm³之间。
4. 含水量：河床泥沙含水量较高，一般在10%-30%之间。
四、测量方法1. 悬浮质量法：将一定体积的水样取出，在其上方悬挂待测物质，并记录水样中的声强。
通过比较不同待测物质对声强的影响来计算其声学系数。
2. 振动法：将待测物质放置于振动平台上，在平台上方放置一个接收器，通过比较平台振动前后接收器接收到的信号来计算其声学系数。
3. 声透射法：将声源放置于水面上方，测量其向水下传播时的声强，并将待测物质放置于声源和接收器之间，通过比较不同物质对声波的吸收和散射来计算其声学系数。
五、结论河床泥沙的声学系数受到其组成、形态、密度等因素的影响，通过悬浮质量法、振动法和声透射法等多种方法可以进行测量。
一种基于多频声学的悬浮泥沙浓度剖析装置和方法[发明专利]
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专利名称：一种基于多频声学的悬浮泥沙浓度剖析装置和方法专利类型：发明专利
发明人：徐大伟,李春林,张锦良,胡燕萍,周文元
申请号：CN202111301255.8
申请日：20211104
公开号：CN114577686A
公开日：
20220603
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于多频声学的悬浮泥沙浓度剖析装置和方法，FPGA输出四路超声波交流信号，分别接500KHZ，1MHZ、2MHZ、4MHZ收发一体超声波换能器；四路发送电路，依次发送输出不同频率的测量信号；接收电路由四路超声波收发合一换能器，接收超声回波信号后，经四路模拟选择开关，依次选择对应输出和输入的信号，再经过模拟信号放大，自动增益调整，获取一定波形的模拟信号，进入AD高速转换芯片，将模拟信号转换成数字信号，由FPGA读取。
本发明采用多种频率声系多发多收声系结合，实现对水下不同径向范围内的泥沙浓度。
通过压力传感器和温度传感器能够实现水体深度测量，水体流速测量和水体温度测量等功能。
探头采用水密性结构，耐压防水，便于在水下长期监测。
申请人：杭州腾海科技有限公司
地址：310012 浙江省杭州市西湖区西港发展中心西1幢1301室
国籍：CN
代理机构：杭州杭诚专利事务所有限公司
代理人：刘正君
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第25卷 第6期海 洋 学 报Vol.25,N o.6 2003年11月ACTA OCEANOLOGICA SINICA Nov ember,2003高浓度悬浮泥沙的声学观测张叔英1,钱炳兴1(1 中国科学院东海研究站,上海200032)摘要:在分析高浓度悬浮泥沙的声衰减机理和进行实验研究的基础上,研制了两种型号的超声波观测仪器(U BD-500/1500超声重度计)用于悬浮泥沙浓度剖面的连续和实时观测,并且已经在长江口航道的浮泥探测、黄河小浪底水库的泥沙观测中得到应用.讨论了测量原理和仪器的设计、标定等问题.这种基于声衰减测量原理的观测仪器的主要优点是标定简便和稳定,含沙量观测范围为10~800kg/m3,标定后的测量误差可达5%(F S ).关键词:高浓度悬浮泥沙;声学观测;声衰减测量原理中图分类号:T V143+.6;P733.21+6 文献标识码:A 文章编号:0253-4193(2003)06-0054-071 引言对水中低浓度的悬浮泥沙可以根据声散射的原理进行观测.由于在低浓度(通常指水中含沙量小于10kg/m3)和瑞利散射(即泥沙粒径远小于声波波长)的条件下,声后向散射强度与泥沙浓度成正比,因而使用声呐技术测量声后向散射强度,再通过适当的标定就能够实时地观测水中泥沙浓度的时空分布,获得水中泥沙的实时动态变化图像[1~3].在国内外这种测量声后向散射的声呐观测系统(ABS系统)已经被广泛和有效地应用于水中泥沙动力过程的观测和沉积动力学有关问题的研究[4~9].在水中含沙量达每立方米几十到几百千克的高浓度悬浮泥沙的情况下(如长江口水底的浮泥、黄河汛期的浑水、矿浆和水煤浆等),由于泥沙颗粒之间的相互作用(多次散射波和黏滞波)十分严重,上述声散射测量方法就不再适用.同样,对太高的泥沙浓度范围,人们熟知的光学测量(不论是测量光的透射强度或后向散射强度)方法无能为力,而 射线测沙仪则因对人体放射性危害和使用不便而被逐渐淘汰.至今对高浓度悬浮泥沙(泥浆)的浓度测量主要还是采用称重法,也就是用一个容器取得一定体积的泥浆后用天平称读出重量(如ANB-1泥浆比收稿日期:2003-02-28;修订日期:2003-04-06.基金项目:上海市科学发展基金资助项目(025907017).作者简介:张叔英(1938 ),男,江苏省苏州市人,研究员,从事海底地形剖面及海水中悬浮泥沙的声学探测研究.重计),得出泥浆的重度值(即单位体积的重量)以后再换算成含沙量.更精确的做法是把取得的一定体积的泥浆烘干以后再称得其固体泥沙的重量(即烘干称重法),从而直接得出含沙量的数值.显然称重法不可能在现场对泥沙浓度进行实时和连续的测量.颗粒介质中的声衰减理论指出:在一定的范围内,高浓度悬浮泥沙的声衰减系数与泥沙浓度之间近似为1次方关系,这就为应用声学方法对高浓度悬浮泥沙的浓度进行实时和连续的观测提供了可能.通过在长江口、杭州湾和黄河小浪底水库采集到的大量泥沙样品的声衰减进行测量,得到了声衰减系数随泥沙浓度和声波频率变化的实验数据和经验公式,为设计高浓度悬浮泥沙的超声波观测仪器提供了直接的依据.在此基础上研制成功了超声波频率分别为500和1500kHz 的泥沙浓度观测仪器,并分别在长江口航道的浮泥探测、黄河小浪底水库的泥沙测量和水力发电机进水口的含沙量监测等工作中已经得到应用.2 高浓度悬浮泥沙的声衰减超声波在悬浮泥沙中传播的声衰减机理比较复杂,多年来国内不少研究者在理论和实验上作了很多的研究[10~12].一般认为,在悬浮泥沙中干泥的体积百分比低于20%的情况下,声衰减系数可以由U rick-Lamb 公式计算[12]:2 =N a249k 4a 4+34 ka s(!-1)2s 2+(!+∀)2,(1)式中,s =94#a 1+1#a , ∀=12+94#a ,!=∃s /∃w , #=(%/2&)1/2,(2)k 为超声波的波数;%为角频率;a 为泥沙粒子的半径;&为液体的黏滞率;N 为单位体积内的泥沙粒子的数目(正比于干泥体积百分比);∃s /∃w 为泥沙粒子(干泥)的重度与液体的重度之比(也就是两者的比重之比).由式(1)可以得出以下几点结论:(1)在悬浮泥沙中干泥体积百分比低于20%的情况下,声衰减系数和干泥体积百分比(也即与含沙量)成正比;(2)悬浮泥沙的声衰减包括散射衰减(第1项)和黏滞衰减(第2项)两部分;在超声波的波长远大于泥沙粒径(ka 1)的条件下,声衰减中散射衰减部分可以忽略,主要声衰减是黏滞衰减;(3)在含沙量不变和以黏滞衰减为主的情况下,满足#a 1条件的低频率声衰减系数与频率的2次方成正比,并与泥沙粒径的2次方成正比;满足#a !1条件的高频率声衰减系数与频率的1/2次方成正比,与泥沙粒径则成反比;实验表明,在几千赫到几兆赫的频率范围内,声衰减系数近似地与频率的1次方成正比;(4)在超声波的频率增高到波长接近或小于泥沙粒径(ka !1)的情况下,声衰减主要由散射衰减决定,当含沙量不变时声衰减系数和泥沙粒径的3次方成正比;为了研制一个实用的观测高浓度悬浮泥沙(泥浆)浓度的超声波仪器,最直接和可靠的途径是通过实验确定超声波的声衰减与频率、泥沙浓度之间的变化规律,从而可以根据测量的指556期 张叔英等:高浓度悬浮泥沙的声学观测标要求正确地选取仪器的设计参数.高浓度悬浮泥沙的声衰减的测量是在实验室里的一个43 cm∀35cm∀20cm的水槽内进行的,测试的泥沙样本分别从长江口和杭州湾的水底浮泥层中用抽水泵吸取.通过土质和粒径的分析得知,长江口的泥样为亚砂土(含亚黏土),平均粒径为0 043mm;杭州湾的泥样为亚黏土,平均粒径为0 013mm.在水槽中配制不同含沙量的泥浆并搅拌均匀后,采用#一个发射,两个接收∃的方法进行超声波的声衰减测量[13].实验所用的声脉冲信号的频率分别为100,150,500和1500kH z,声脉冲信号的宽度为0 1ms.对超声波发射换能器和接收换能器之间的距离要适当选定,使得图1 长江口和杭州湾泥沙的声衰减与重度的关系直达声信号与从其他途径到达的声信号能够明显地分开.测量过程中应尽可能地排除泥浆所含的气泡,以减小测量误差.实验表明,泥浆的含沙量愈低,气泡对声衰减测量精度的影响愈大,但含沙量大于50kg/m3后,气泡的影响就可以忽略,声衰减测量的精度和重复性也就较好.长江口和杭州湾两种泥样的声衰减测量结果如图1所示,图中的横坐标(∃)是悬浮泥沙的重度,纵坐标是泥浆声衰减系数(∋).表示悬浮泥沙浓度的三个物理量:重度(∃),含沙量(M)(以kg/m3为单位)、干泥体积百分比(C p)(以%表示)之间的关系由下式决定:M=C p∀100∃s=2720C p,(3)∃=M/100+∃w(1-C p)=M/100+∃w-M∃w/100∃s=∃w+(M/100)(1-∃w/∃s)=10+M/158,(4)式中,取干泥重度∃s=27 2kN/m3;水的重度∃w=10 0kN/m3.根据图1,对某一给定的频率(f),泥浆重度∃=10 00~15 0,声衰减系数随着重度的增加而线性增加;同样,对某一给定的重度,声衰减系数随频率的增加而线性增加.经过分析归纳,可以得出悬浮泥沙的声衰减系数与其重度及频率之间的近似关系式:∋=B(∃-∃w)f+∋w(f),(5)式中:f以kHz为单位;∃%(10 0,15 0);∋w(f)是水在频率为f时的声衰减系数(通常比悬浮泥沙的声衰减系数小得多);B是一个与测量区域的泥浆的物理性质(如颗粒大小、黏滞性等)有关的常数,对长江口,B=0 072,对杭州湾,B=0 080.我国长江、黄河中的泥沙平均粒径为几十微米的量级,因而在上述频率范围内悬浮泥沙的声衰减主要由黏滞衰减引起,并且声衰减系数随着平均粒径的减小而增加.这说明在相同的泥浆重度和频率的情况下,杭州湾泥沙的声衰减要比长江口泥沙的声衰减大的原因.3 悬浮泥沙浓度的声学测量3 1 测量原理把一对相隔一定距离(d)的发射和接收超声换能器,面对面地安装在一个水下探头的钳56海洋学报 25卷形基座的底部.一个深度(即压力)传感器安装在基座的上部,高出发射和接收超声换能器0 5m,随着水下探头由钢缆逐渐释放而沉入悬浮泥沙(泥浆)之中,超声换能器不断发射和接收声信号,深度传感器也不断输出深度信号.经过一定的信号处理后,就能得到悬浮泥沙(泥浆)重度随深度变化剖面的测量记录.假设钳形基座在清水中时接收换能器接收到的超声波幅度为A 0,当钳形基座沉入悬浮泥沙而发射换能器的发射声功率保持不变时1),接收换能器接收到的超声波幅度为A n ,则声衰1)严格地说,发射换能器在水中和在悬浮泥沙中的辐射阻抗会有变化,当发射换能器的激励电功率不变时会因辐射阻抗变化而使发射声功率变化,但是实际测量表明,在悬浮泥沙的重度小于15kN/m 3的情况下,这种变化很小,对测量的影响不大.减系数可由下式求得:∋=20log 10(A 0/A n )/d(6)由式(5)和(6),并考虑∋w (f )可以忽略,得到∃=K log e (A 0/A n )+∃w ,(7)式中,K =20log 10e/(Bdf )=8 686/(Bdf )(8)为标定系数.在一定的观测区域B 是一个常数,因此标定系数相应于特定的测量区域也是一个常数.这就是根据声衰减原理观测高浓度悬浮泥沙的基本运算公式.按照式(7)直接测量 图2 U BD-500超声重度计的实物图片的是悬浮泥沙的重度,使用式(4)和(3),就可以把重度换算为相应的含沙量或干泥体积百分比.按照长江口航道的浮泥探测和黄河小浪底水库的泥沙测量的实际需要,根据图1所示的实验结果,研制了取名为UBD-500超声重度计的悬浮泥沙观测仪器(图2).选取的主要设计参数是:f =500kH z 和d =0 15m.主要的技术指标是:重度测量范围为10~15kN/m 3(相应的含沙量测量范围为0~800kg/m 3);标定后的测量误差为 5%(F S ).UBD-500超声重度计由一个水下探头(安装了两个500kHz 的超声换能器和一个压力传感器)和一个便携式信号处理机(安装在一个手提公文箱内)两部分组成,便于在野外测量使用.信号处理机带有标准的RS232接口,与PC 机连接可进行通讯,野外测量得到的数据可以输入PC 机保存,并进行后级处理.此外,按照水力发电机进水口的水中含沙量监测的使用要求,研制了UBD-1500超声重度计.选用的超声波频率为1500kH z,含沙量测量范围为0~50kg/m 3.仪器的结构与UBD -500超声重度计相同.3 2 仪器标定根据声衰减原理研制的超声重度计和其他各种光学的、红外线的、放射性的或声学(根据576期 张叔英等:高浓度悬浮泥沙的声学观测58海洋学报 25卷声散射原理)的泥沙观测仪器一样,需要通过标定以后才能进行定量的观测,但相比之下,超声重度计的标定比较简便和稳定,这可能是受到使用者欢迎的一个主要优点.前面已经指出,在平均粒径为几十微米量级的悬浮泥沙中,频率500和1500kHz的声衰减主要是黏滞衰减,则由式(4)决定的声衰减系数(即常数B)大致与泥沙平均粒径成反比.由式(8)可知,根据声衰减原理研制的超声重度计的标定系数(K)大致与泥沙平均粒径的1次方成比例,但是就其他各种光学的、红外线的、放射性的或声学(根据声散射原理)的泥沙观测仪器而言,有的是根据光学的或声学的背向散射强度测量泥沙的含沙量,有的也是根据射线的衰减系数测量泥沙的含沙量,而且主要是散射衰减,所以这些泥沙观测仪器的标定系数对泥沙平均粒径的变化要灵敏得多(大致与泥沙平均粒径的3次方成比例),由此引起的实际测量误差也就相对大得多.超声重度计的现场标定方法十分简便:在水中某一深度上用容器提取一定体积的浑水(泥浆)后使用ANB-1泥浆比重计称重得出重度值,依据这个重度值去标定超声重度计在同一深度上的测量值,就能够#实时∃地确定标定系数,由此就可以定量地观测该区域的高浓度悬浮泥沙的重度值随水深的变化规律.实际经验表明,相对于一定的观测区域,标定系数是比较稳定的,实际上通过一次标定得出了标定系数以后,不必再作多次的修正.因此,使用UBD-500和UBD-1500超声重度计就方便得多.在悬浮泥沙浓度不高的情况下,由ANB-1泥浆比重计称重得出重度值的误差很大,因此需要采用烘干称重的方法得出含沙量值后对超声重度计进行标定.这种方法很费时间(当然就不可能实时标定),但是比较精确,而且由烘干称重法得出的含沙量值为水文测量规范所认可.3 3 对比试验为了验证U BD-500和U BD-1500两种型号的超声重度计的技术指标,在黄河小浪底水库的小浪底建设管理局检测中心进行了对比试验.具体的做法如下:在小浪底水库现场采集泥沙样本(稠密的泥浆),再在小浪底建设管理局检测中心对采集到的泥浆用清水稀释,分别配制成含沙量约为80~500kg/m3的5种不同含沙量的测试泥样,供UBD-500的对比测试使用;配制成含沙量约为10~50kg/m3的3种不同含沙量的测试泥样,供UBD-1500的对比测试使用.把测试泥样分别盛放在各个小水槽内,在测量时需要搅拌均匀.UBD-500和U BD-1500超声重度计通过一次标定得出标定系数以后,分别测量各个测试泥样的重度值.对同一个测试泥样,分别使用ANB-1泥浆比重计和烘干称重法进行对比测量,读取比重值和含沙量值.对于每一个测试泥样,三种测量都进行两次,然后把两次测量的平均值进行比较,得出的对比试验结果如表1和2所示,重度(∃)、含沙量(M)和比重(R)三个物理量之间的关系为∃=10R; M=158(∃-10).对比试验表明,通过适当的标定以后UBD-500和UBD-1500两种型号的超声重度计所测定的泥样含沙量值与烘干称重法测定的泥样含沙量值十分接近,两者最大的绝对误差不超过满量程(F S )的5%.对使用天平称重的ANB-1泥浆比重计来说,测量高浓度(即大比重)泥样的含沙量时的误差(与烘干称重法相比)是较小的,但是测量低浓度(即小比重)泥样表1 UBD-500超声重度计对比测试结果样品编号ANB-1读数U BD-500读数(K =0 84)比 重含沙量(换算)/kg &m -3重 度含沙量(换算)/kg &m -3烘干称重法测量的含沙量/kg &m -311 350553 013 21507 2530 1521 298470 812 91459 8452 0531 197311 311 86293 9297 6041 113178 511 02161 2164 6451 064101 110 5282 284 97表2 UBD-1500超声重度计对比测试结果样品编号ANB-1读数UBD-1500读数(K =0 07)比 重含沙量(换算)/kg &m -3重 度含沙量(换算)/kg &m -3烘干称重法测量的含沙量/kg &m -311 03555 310 2945 845 9221 02234 810 1422 120 7231 01320 510 0711 19 93的含沙量时的误差就很大.值得注意的一个现象是,由ANB-1泥浆比重计测量泥样的含沙量值时读数总是偏大10%左右.因此,在低含沙量情况下如果仍然希望用ANB-1泥浆比重计对超声重度计进行标定(因为简便和实时),则在标定过程中可以把超声重度计的重度读数调整到比ANB-1泥浆比重计的重度读数大约低10%,由此得出的超声重度计的标定系数就能使超声重度计测量含沙量的精度提高.4 结语根据声衰减原理研制的超声重度计能够有效地用于高浓度悬浮泥沙的连续和实时观测.这种仪器的主要优点是标定比较简便和稳定,适用的含沙量观测范围是10~800kg/m 3,这正好是根据声散射原理研制的悬浮泥沙观测仪的含沙量观测范围(0 1~10 0kg/m 3)的延伸,能够满足对我国黄河、长江和近岸海域开展沉积动力问题研究的观测要求.凌鸿烈、任来法和孙耀秋参加了声衰减实验研究和超声重度计研制的工作,特此感谢.参考文献:[1] 张叔英,李允武.声学悬浮泥沙观测系统的研制和应用[J].海洋学报,1998,20:114 119.[2] 张叔英,李允武.悬浮泥沙声学观测的原理分析[J].声学学报,1999,24:269 274.[3] 郭纪捷,任来法,李允武.声学悬浮泥沙观测数据的现场标定研究[J].海洋学报,1998,20:120 125.[4] HAM ILTON L J,SH I Zhong,ZHANG Shu ying.Acoustic backscatter measurements of estuarine suspended coh esivesediment concentrati on profiles[J].J Coast Res,1998,14:1213 1224.[5] SH I Zhong,REN Lai fa,ZHANG Shu ying,et al.Acoustic i magi ng of cohesive sediment resuspension and re entrainment inthe Changjiang Estuary,East China Sea[J].Geo M ar Lett,1997,17:162 168.[6] HANES D M ,VINCENT C E,H UNT LEY D A,et al.Acoustic measurements of suspended sand concentration i n the C 2S 2experimentat at Stanhope Edw ard Is land [J].M arine Geology,1988,81:185 196.[7] THORNE P D,VINCENT C E ,HARDCASTLE P J,et al.M easuring suspended 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acoustic observation instruments for real t ime measurements of the bulk density profile of suspended sediments(U BD-500/1500ultr asonic bulk density meter)hav e been developed and applied to surv ey ing the fluid mud in the Changjiang waterway and to t he observations of mud and sand in the Xiaolangdi Reservoir of the Huanghe River.T he pr inciple of measur ement and design and calibration of the instrument are discussed in detail. T he specifications of the instruments are as follows:the range o f measurement is800kg/m3(for U BD-500)and50 kg/m3(for UBD-1500),the error o f measurement is5%(F.S.).Compar ing with o ther kinds of instruments for measuring suspended sediments(OBS,ABS,infr ared o r ray meter),the main advantag e of the ultrasonic bulk density meter by way of acoustic attenuation measurement is that the calibr atio n to the instrument is relatively mor e stable and easier.Key words:thick suspended sediment;acoustic obser vation;measurement pr inciple of acoustic attenuation。