声学多普勒水流剖面仪在河流流量测量中的应用要点

声学多普勒流速剖面仪流量测量方案目录一：声学多普勒流速测量方法简介.........................................................................................1：走航式声学多普勒测量法(ADCP）...........................................................................2：固定式声学多普勒测量法...........................................................................................（1）定点垂线式声学多普勒流速法（V-ADCP） ........................................................（2）水平固定声学多普勒流速法（H-ADCP） ............................................................ 二：固定声学多普勒流速法及优缺点.....................................................................................1:水平双声路......................................................................................................................2、单声路多点流速测量仪............................................................................................... 三：单声学多普勒流速仪测流方案及优点.............................................................................1、单声路多普勒仪测流方案...........................................................................................2、单声路多普勒仪优点...................................................................................................一：声学多普勒流速测量方法简介声学多普勒流速剖面仪是英文Acoustic Doppler Current Profilers 的简称,是利用声学多普勒原理进行研制的,是目前世界上最为先进的河流流速流量实时测量设备,自1981 年在美国诞生以来，随着技术不断进步和日益完善，已从海洋测量逐步应用于河流流量测量，测量精度也得到很大的提高。

声学多普勒流速剖面仪技术发展及其应用声学多普勒流速剖面仪是一种用于测量水流速和方向的仪器。

它基于声学多普勒效应，并结合先进的信号处理技术，能够实时、非侵入地获取水流的流速剖面信息。

声学多普勒流速剖面仪的技术发展经历了数十年的演进和改进，其应用范围也逐渐扩大。

声学多普勒流速剖面仪最早用于海洋学领域，用于测量海流的速度和方向。

传统的海流观测方法依赖于漂流测量仪和表面染料追踪实验，这些方法具有一定的局限性。

而声学多普勒流速剖面仪可以实现远距离观测，无需接触水体，在船舶上就能够进行实时监测，大大提高了海洋流速观测的精度和效率。

随着声学多普勒流速剖面仪的不断改进，其在海洋学领域的应用已经成为一项重要的海洋观测手段。

除了海洋学领域，声学多普勒流速剖面仪在河流、湖泊等内陆水域的流速观测中也得到了广泛应用。

传统的河流流速观测方法主要依赖于浮标法、混合态水处理方法等，这些方法往往需要投放测量设备，操作复杂且可能会对水体造成影响。

而声学多普勒流速剖面仪能够远距离、无接触地获取水流速度和方向信息，不仅可以减少测量误差，还能够避免对水体的干扰，因此在河流流速观测中具有重要的应用价值。

除了海洋学和河流观测，声学多普勒流速剖面仪还有许多其他应用领域。

例如，在水力工程中，声学多普勒流速剖面仪可以用于对渡槽、闸门、堆石坝等结构的水流速度进行监测，以评估结构的稳定性和可靠性。

在污水处理厂中，声学多普勒流速剖面仪也可以用于监测废水流速，以确保废水处理过程的有效性。

此外，声学多普勒流速剖面仪还可以应用于水下机器人的导航和定位，以及水文环境研究等领域。

总之，声学多普勒流速剖面仪技术的发展及其应用十分广泛。

它不仅可以大大提高海洋学和河流观测的效率和精度，还可以在水力工程、污水处理等领域发挥重要作用。

随着技术的不断进步，相信声学多普勒流速剖面仪将会在更多领域发挥其巨大潜力。

声学多普勒流速剖面仪原理声学多普勒流速剖面仪是一种常用的流速测量仪器，通过声学原理实现对流速的测量。

它广泛应用于海洋、湖泊、河流等水体流速的监测和研究中。

本文将详细介绍声学多普勒流速剖面仪的原理和工作原理，以及其在实际应用中的一些问题和解决方法。

首先，我们来了解一下声学多普勒流速剖面仪的基本原理。

声学多普勒流速剖面仪利用声波的多普勒效应来测量流速。

多普勒效应是指当发射源和接收源相对于运动的物体时，接收到的波长发生变化。

在流体力学中，声波的频率变化与液体的流速有关。

声学多普勒流速剖面仪的工作原理如下：首先，它通过发射声波信号进入水体中。

这个声波信号可以是脉冲信号或者连续波信号。

当声波信号与流体中的颗粒或气泡等运动物体相交时，这些物体会散射发射回来的声波信号。

接着，声学多普勒流速剖面仪接收到这些返回的声音信号，并利用频率的变化计算出流体的流速。

具体来说，声学多普勒流速剖面仪利用声波的频移原理来计算流速。

当声波与运动物体相交时，返回的声音频率会发生变化。

这个变化可以通过多普勒频移公式来计算：δf = 2·f·v/c，其中δf是频移值，f是发射的声波信号频率，v是物体的速度，c是声速。

测量的过程中，声学多普勒流速剖面仪要考虑传感器的位置、角度和接收范围等因素。

传感器一般会通过声学窗口固定在水体中，以确保接收到信号的准确性。

同时，应该选择合适的声波频率，并根据不同的情况调整功率和采样率。

对于水体中的液体流速测量，声学多普勒流速剖面仪可以采用不同的方法。

在固定点测量中，传感器在固定位置处进行测量；而对于多点测量，可以通过将多个传感器放置在不同位置来获取流速剖面。

此外，声学多普勒流速剖面仪还可以进行流速时间序列的测量，以获得流速随时间的变化。

在实际应用中，声学多普勒流速剖面仪还面临一些挑战和问题。

首先，流体中的杂散信号和噪声会影响测量结果的准确性。

为了解决这个问题，可以采用信号处理的方法，如滤波和降噪算法等。

2004年9月SHUILI XUEBAO第9期文章编号: 0559-9350(2004)10-0077-06声学多普勒流速仪盲区数据处理及其在长江河口区的应用王爱军，汪亚平，高抒(南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏南京 210093)摘要：本文基于边界层理论，在估算声学多普勒流速仪（Acoustic Doppler Current Profiler，简称ADCP）水表和底部的观测盲区流速作了初步探索。

根据长江口南港定点观测获取的ADCP潮周期流速剖面数据的分析结果，在涨急和落急阶段整个水层均为边界层，流速剖面呈对数分布。

因此，利用卡门-普朗特公式外插，计算ADCP盲区的流速，与在盲区放置的直读式流速仪测得的数据相比，平均相对误差分别为2.3%～2.9%。

某些数据点的偏离可能是由于悬沙浓度分布的变化而引起的。

关键词：流速剖面；ADCP；盲区流速计算；长江口中图分类号：TV143 文献标识码：A海洋环境流速剖面的研究由来已久，早期的现场观测研究可以追溯到20世纪中期[1]，研究区域涵盖大陆架、河口海岸环境[2～4]。

这些观测大多是利用传统流速仪进行观测，难以获得整个水层的连续、高频流速数据。

而声学多普勒流速剖面仪(ADCP)克服了这一缺陷，它可以同时测定多层位流速[5]，因而得到了广泛的应用[6]。

但是，由于ADCP探头电子设备、探头外壳及船体的影响，产生“激振效应”，因此在靠近ADCP探头的区域接收到的信号是发射脉冲消失后继续存留在水层中的能量，而不是多普勒漂移信号；此外，由于4个探头与垂直方向的夹角为20°，底部回声信号因此而受到干扰，产生“旁瓣效应”，所以分别在水层的上部和下部各形成一个盲区。

下部盲区的厚度约为水深的6%，而上部盲区的厚度不仅与探头放入水下的深度有关，还与ADCP的工作频率、在观测过程中的参数设定等因素有关[7]。

由于近底层水流流速在河口悬沙的水平输送及底部再悬浮过程的研究中，起着非常重要的作用[8]；同时，在河口断面物质通量的计算中，水层上部和底部的贡献也非常大，因此有必要对ADCP盲区内的流速进行估算。

浅析ADCP在中小河流水文测验中的应用【摘要】我国水利工程的建设与发展历史悠久，水利的发展与时代的进步密切相关，水利建设中的科学技术应用也是时代进步的重要标志。

当下我国水利工程的建设已经对当代人民的生活起到了重要的影响。

在我国科技的发展中，更多的科学技术手段被应用于水利工程中，如数据库技术在水电站中的应用和CAD技术应用于水电工程设计中等。

科学技术的应用进一步提升了水利工程的施工质量，对水利工程建设的进一步完善起到了重要的推动作用。

本文内容主要针对声学多普勒流速剖面仪展开，通过分析其在水利工程中的应用情况和基本原理，使读者进一步认识ADCP，并通过学习ADCP在中小河流水文测验中的应用学习声学多普勒流速剖面仪的实际应用方法。

【关键词】ADCP；中小河流；水文检验；实际应用1 ADCP工作原理分析及测量方式ADCP即声学多普勒流速剖面仪，是通过声波换能器与声脉冲波进行水体流速测量的装置。

在声学多普勒流速剖面仪对河流进行流速测量时，首先通过水下的声波换能器对水体发射一定频率的声脉冲波，声脉冲波在水体的传播过程中，会在碰触水中的悬浮颗粒后进行反射，伴随着水体中颗粒的移动，声波换能器接收水体中颗粒物在不同位置反射的声脉冲，进而通过计算不同频率间的频率差值确定水体的流速。

由于ADCP装置配有四个声波换能器，因此在对水体流速进行测量时，能够实现动态测量，多个声波换能器向不同角度发射的声脉冲也为水流流速测量提供了多组数值，使得数据测量更为精准。

声脉冲测量方式也使得ADCP能够在对水体流速进行测量的同时，也能够测量出水体断面的流速剖面，通过声波换能器对声脉冲进行发射与接收，增强测量数据的精确性和稳定性，使得ADCP能够在段时间内完成大范围的水体流速测量。

当前ADCP对水体流速的测量方式主要包括走航式测量和定点式测量。

走航式测量是指船体的水下部分安装ADCP，在船体移动过程中对水体进行检测，由于ADCP在数据测量时处于移动状态，因此测定的数据都是以船体为参照物测定的相对值；而定点式测量则是将ADCP安装在水流中的一个固定点上，如水面下的桥墩上，通过ADCP对水体进行测量，由于仪器是通过固定在一点进行数值测量的，因此测定的水体数值是真实值，能够在数据处理时直接加以应用。

声学多普勒流速剖面仪 (ADCP) 的应用实例声学多普勒流速剖面仪 (ADCP) 是一种融合了多学科技术而研制的新型测速声呐设备，作为水声技术的一个典型应用，作为一种测速仪器，ADCP 在水运工程 (包括内河和海洋工程) 中得到了广泛应用，对于声学多普勒测流技术的研究日益受到人们的关注。

目前测流仪器种类繁多, 按照工作原理的不同可以分为机械式海流计、压力式海流计、电磁式海流计以及声学海流计等。

现在大量运用的是声学多普勒海流计。

声学多普勒海流计采用声遥测方式，对被测流场无干扰，能够获得高精度的速度信息，被国际海委会定为4 种先进的海洋观测仪器之一，因此ADCP 成为当前广泛采用的测流仪器，是水资源调查中必不可少的重要测验设备。

通过ADCP 在具体工程中的应用研究，归纳总结了ADCP 在工程应用中的主要工作流程，以及在工程应用中的注意事项。

一、ADCP 工作原理( 一 ) 多普勒效应波源和观察者有相对运动时，观察者接收到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象；如果二者相互接近，观察者接收到的频率增大；如果二者远离，观察者接收到的频率减小。

这便是著名的多普勒效应 (奥地利物理学家及数学家克里斯琴· 约翰· 多普勒于1842 年首先提出这一理论) ，它不仅适用于声波，同样适用于所有类型的波，包括电磁波。

ADCP 就是利用声波的多普勒效应发展起来的一种新型测流设备, 它是一种既可测量相对水底速度, 同时又可以兼顾测量相对水流速度的声呐设备。

ADCP 利用声学多普勒原理，测量分层水介质散射信号的频移信息，并利用矢量合成方法获取海流垂直剖面水流速度, 即水流的垂直剖面分布。

对被测验流场不产生任何扰动，也不存在机械惯性和机械磨损，能一次测得一个剖面上若干层的流速的三维分量和绝对方向。

(二) ADCP 测流原理水体中存在大量的散射体，诸如微小粒子、浮游生物等，它们随水体流动。

这些散射体和水体是融为一体的，其速度即代表水流速度。

液体比重测定法.声学多普勒流速剖面仪.明渠中流量的计量方
法和应用
液体比重测定法是一种使用密度计或比重计来测定液体比重的方法。

通过测量液体的质量和体积，可以计算出液体的比重。

这种方法常用于工业生产中对液体成分的检测和控制。

声学多普勒流速剖面仪是一种用来测量流体中流速分布的仪器。

它通过发送和接收声波来测量流体中的速度分布情况，从而得到声学多普勒频移。

这种方法可以用来研究液体或气体中的流动行为，例如在河流、管道或水槽中的流态分析。

明渠中流量的计量方法是指在明渠（即截面形状和尺寸均已知的水流通道）中测量流量的方法。

这种方法最常用的是剖面速度积分法，即将明渠剖面上各点的流速乘以其截面面积并累加，即可得到流量。

此外，还有比例混合法、浮标法等几种方法。

明渠流量计量方法和应用范围广泛。

在水利工程中，明渠流量计量可以用来测量水库、河流、排水渠等的流量，用于水文测量、水资源利用规划等方面。

在工业生产中，明渠流量计量可用于测量液体或气体的供应和排放，用于流程控制和质量监测。

此外，明渠流量计量方法还可用于流体力学研究、环境保护等领域。

多普勒剖面流速仪在水文流量测验中的应用摘要采用多普勒剖面流速仪（即走航式ADCP）进行水文流量流速测验，常见的问题是河流河床疏松而不稳定，河底泥沙会随着水流一起运动，这种现象称为“走底”，造成流速测验结果有偏差。

配备必要的设备和使用有效的测验方案，对解决走底河流流量测验、提高测流真实性与测流精度，有着至关重要的作用。

本文结合多普勒剖面流速仪在四川省都江堰河段的实践极其所获得的测流数据，分析了河流走底对多普勒剖面流速仪实际测流的影响程度，进而提出了减小流速仪受河流走底测流影响的方法。

关键词多普勒流速仪；水文；流量测验为探讨在走底河床应用多普勒剖面流速的方法，我们在都江堰（内江）水文站进行了一次多普勒剖面流速仪测流试验。

在当时水位的条件下，河宽约60m、最大水深约3.3m、最小水深约0.5m、断面平均流速2.6m/s、最大垂线平均流速4.1m/s，属于宽浅河道。

现场使用多普勒剖面流速仪为多频走航式ADCP-M9，该仪器可根据河道中测点深度和含沙量自动调节工作频率，以减小测验死区来提高测验成果的可信度，多频工作方式与是否能减少河床走底对测验成果的影响没有直接关系。

根据实验数据，河床存在明显的走底现象。

现结合现场测验数据将ADCP在走底河流的应用条件做一介绍。

1为什么河流走底会对多普勒剖面流速的测流产生影响河流走底对于传统方法流量测验（如机械式流速速仪测验或浮标流量测验）影响不大，但对于应用多普勒剖面流速仪的流量测验确需要特别的注意和采取必要的技术措施。

一般来说，多普勒剖面流速是使用“底跟踪”来测量船速的，“底跟踪”是一种“使用ADCP来测量船速和船体相对位置”的技术。

多普勒剖面流速测验从发射超声脉冲到接收从河底反射的回波这二者之间的”多普勒频移”，“多普勒频移”与船速成正比。

多普勒剖面流速仪用底跟踪技术来计算船只通过河道断面时的实际速度和相对位置。

通过底跟踪的技术，由ADCP计算出相对于底跟踪的速度和方向的水流速度，从而计算得到断面的流量。