多普勒流速仪

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,www.YSI-C,声学多普勒流速仪在水文测验中的应用,维赛仪器（,YSI,）,1,美国,YSI,集团成立于,1948,年，总部位于美国俄亥俄州,国际上领先的水质、流速流量监测仪器制造商,YSI,以世界领先的传感器技术为核心，提供先进的水质和流速流量监测产品和可靠、高品质技术服务,YSI,集团拥有,YSI,和,SonTek,两大品牌，四条产品线,YSI,水质测量仪器,YSI,多参数水质监测仪器,SonTek,声学多普勒流速流量测量系统,YSI,集成系统,公司概况,2,维赛仪器是美国,YSI,公司在中国分公司，总部在上海,北京设有中国地区维修中心,国内设有多个办事处：,北京、上海、广州、青岛、厦门等,技术服务主要由维赛公司承担，代理商配合,销售由代理商负责，分布在全国各地,公司概况,3,多普勒流速仪概述和分类,按水文的应用，可以分为三大类,走航式多普勒剖面仪,固定式多普勒剖面仪,便携式多普勒流速仪,4,走航式多普勒剖面仪适用于巡测、固定断面、以及突发事件测流的需要，具有更高的灵活性，不需要率定和校正,固定式多普勒剖面仪则适用于固定断面的流量实时在线监测；同样适用于常规测验困难、受工程影响的测流断面,手持式多普勒流速仪适用于,枯期河道、湿地、突发事件时流量快速测量等，显示出更大的灵活和简便,三种不同的应用场合,5,走航式多普勒剖面仪,安装在船上走航的,ADP,灵活、适合巡测的河猫,多普勒流速仪概述和分类, 1,6,固定式多普勒剖面仪,水平安装的侧视式,SL,河底安装的座底式,SW,多普勒流速仪概述和分类, 2,7,便携式多普勒流速仪,手持式,FlowTracker,适合于浅水测量,1 mm/s,流速,2 cm,的水深,多普勒流速仪概述和分类, 3,8,声学多普勒测量原理, 1,ADCP,的发明被认为是河流测量领域的一次革命,近年来国际上流行的一种新的流量测量仪器,ADCP,是英文的缩写,Acoustic Doppler Current Profiler,通常译为声学多普勒水流剖面仪,9,声学多普勒测量原理, 2,多普勒效应（多普勒频移）,某一个声源（超声波）发出的声波被另一个接收体（水中的悬浮物）反射,如果该声源相对于接收体是移动的，接收体接收到的声波频率将会与声源的发射频率有差异,测量频差，可计算得到水流的速度,10,声学多普勒测量原理, 3,超声波水中传播速度会受到 水温 盐度 的影响,同样流速，会因为水温和盐度的改变，而产生不同的多普勒频移，从而影响测量精度,超声波传播距离，与超声波频率有关，与水中的悬浮颗粒的含量有关,含沙量仅仅吸收声能，并不改变超声波的传播速度和多普勒频移，所以并不影响测量精度,11,走航式多普勒剖面仪在水文测验中的应用,12,走航式多普勒剖面仪,快速、准确的测验手段，单次历时只需几分钟,随测量船运动过程中进行测量，无需率定,航行轨迹可以是斜线或曲线，自动补偿断面流量,灵活的方法，同样适应于不同,河道中测流,自带船体和无线数据传输的走航式“河猫”“,M9”,拓宽了应用的范围,x,13,x,Y,Z,剖面,(j),单元大小,(n),走航式流量测量原理,实际测到的速度,: Um =,Ub,+,U(z,),船速,Ub,流速,U(z,),14,当测量船从断面的一侧航行到另一侧，即可测得流量,测量船的航迹可以不是一条直线,RiverSurveyor ADP,同时可以测得船体的速度和方向,V,boat,V,water,Q,normal,走航式流量测量技术,15,走航方式多普勒剖面仪,走航方式实际上是一种动船的测验方式,虽然是测量各点的流速、面积，但都是瞬时数据,为克服脉动、紊流影响，需要多次往返测量,左右上下，四个非实测部分采用补偿方式,x,顶部,底部,岸边部分,16,17,走航方式多普勒剖面仪, M9/S5,目前世界上最先进的走航式,ADCP,多频：三种频率，一个垂直波束,智能脉冲功能：脉冲相干、宽带、窄带模式,全自动：工作模式、工作频率、,单元大小、采样频率,专为河流流量测验设计,x,18,走航方式多普勒剖面仪, M9/S5,灵活配置选配无线传输、,GPS,、船体,铁船上使用，可配置,GPS,罗盘,带有,8GB,内存，内部计算流量,详细的数据输出，流量汇总报告,x,19,走航式剖面仪的定点测量方式,在有底沙运动河床的测验，会带来误差（偏小）,定点测量方式是另一个有效的解决方案,适用于：在走航测流无法达到预期效果时,可以得到很好的测验效果,x,20,了解测流断面河床的情况,了解最大水深,了解最大流速,了解两岸的坡度和河床底部的情况,对于有底沙运动的河床，需要做一次测试,1,、 选择测量断面,21,2,、 仪器安装姿态的调整,保持仪器始终处于垂直状态,测量前检查艘向、纵摇、横摇,测量前检查仪器入水深度,根据实际情况（流速、风力、河宽、船只）调整入水深度,测量时需要经常检查姿态的变化,22,3,、 测量路径的选择,选择平稳河床和确定始、终点,避免突变的河床断面,测量前确定始、终点，并在同一断面,确定左、右岸，注意岸边和岸边距的设置,岸边始、终点，由实际有效单元决定,23,4,、 确定河道是否有走底现象,走底河床的测量，流量往往会偏小,测量前作一次走底测试,测量前作一次罗盘校正,走底严重的需要考虑采用定点测量方法,船只的定位，可由,GPS,解决,布设垂线数目，由需要的测量精度来决定,24,5,、 测量过程注意点,是取得好数据的关键,监视五个区域的数据和谱图,可适当更换界面设置（数据、图形、轨迹）,记录前船头保持正确航向和,2,个有效单元,航向、航速一定不能突变,控制船速，尽可能小于或等于流速,按照规范要求，需要有,2,个测回,25,6,、 测次的控制,通常，在水情平稳情况下，进行,2,个连续测回的测验，即来回,4,个航次,计算所测流量的算术平均值,每半测回流量值与平均值偏差，应小于,5,若偏差大于,5,，需分析原因进行处理或增加,1,个测回,26,7,、 如何解决重复性不好,测量的变数和紊流会造成重复性问题,注意仪器安装的部位，最佳是安装在船头,船舷安装，必要时考虑单边测量,控制船速，保持稳定船向和姿态,航向、航速一定不能突变,控制船速，尽可能小于或等于流速,27,8,、 数据分析和补偿,通过后处理还原数据,左右岸的更改，岸边距的修正,岸边不好的垂线去除，并补偿距离,中间丢失底跟踪的剖面，用邻近剖面补偿,个别异常流速、流向剖面应剔除，修正流量,检查极大值，最大纵摇，横摇和最大深度,28,应用实例,1,29,应用实例,2,对拉,机动船拖曳,机动船走航,桥测,30,河猫在重大工程中的应用,添加河拢照片,黑龙江尼尔基工程合拢,应用实例,3,31,固定式多普勒剖面仪在水文测验中的应用,32,最大特点在于能够自动测量和实时测量,而通常采用的测验方法，都无法做到自动和实时,淘金者系统自,1998,年初问世以来，立即受到,USGS,的关注。到目前为止，,USGS,已购置了,700,多台该系统安装在分布于美国境内大小河流的常年水文站上进行流量在线实时监测，市场占有率,85%,以上,国内，也已经达到了,100,多台，而全世界的用户近,2000,台,固定式多普勒剖面仪,侧视式 淘金者,-SL,33,固定式多普勒剖面仪, 1,为了做到自动和实时，流量在线监测采用间接测量断面平均流速的方法,测量水平某层或垂直某条垂线的平均流速,采用率定方法（指标流速法），建立,SL,实测流速与断面平均流速之间的相关关系,34,固定式多普勒剖面仪, 2,指标流速法假设：某一部分流速与断面平均流速存在着固定并唯一的关系,指标流速法技术是一种经验方法,指标流速法技术目的：以相对较小的不确定性，确定特定断面的“平均流速”，从而得出断面流量,指标流速法技术早已在水文系统广泛使用,转子式流速仪测点流速,Vs,垂线平均流速,35,固定式多普勒剖面仪, 3,根据美国地调局的经验，几百米宽的河流，仍然可以采用几十米内的水平平均流速作为指标流速,测量实际的水位（水深），通过预置的断面几何尺寸，由软件计算出断面面积,实时瞬时流量 断面平均流速,断面面积,36,固定式多普勒剖面仪, 4,采样单元是否有代表性，是正确应用的关键之一,通常河流的主槽最具有代表性,ViewArgonaut,软件多流层功能可以用以分析,在仪器测量范围中选择最合适的单元大小,不应包含回水、紊流部分,37,固定式多普勒剖面仪, 5,保证无障碍的通道，是另一个关键,超声波传播路径上障碍物会影响流速数据,发射的超声波是一个锥体，有一定的指向角,对测量河道的水深有一定的要求,SonTek,探头指向角,1.4,，纵横比,1:20,40,38,固定式多普勒剖面仪, 6,设置合理的测量历时，消除流速脉动,水流的扰动和紊流，与河道形状、水深、流速等有关,保证一定的采样历时，才可消除脉动的影响,对一般的情况下，可设置在,200,秒以上,对潮汐河道或暴涨暴落的情况下，可控制在,100,秒,39,固定式多普勒剖面仪, 7,经过比测和率定，才可获得在线和实时的流量,固定式多普勒剖面仪实测的是代表流速 指标流速,建立指标流速与断面平均流速之间的关系，需要率定,不同的流量或水位情况下进行同步比测,对数据进行回归分析，得到 关系曲线或回归方程,40,Argonaut-SL,新平台, 7,41,SL,的选型,SL,有三种规格：,SL3000, SL1500, SL500,主要技术指标,水平最大测量范围,：,5,米，,20,米，,120,米,水深最大测量范围：,5,米，,10,米，,18,米,选型取决于河道断面的宽度、水深,42,SL,的安装, 1,安装位置的选择,安装在河岸边或渠壁的基座上,桥墩或其它建筑物侧壁上,安装的位置处于河道顺直、稳定的河段,安装位置的水层，有较好的代表性，避开有回流的地方,43,SL,的安装, 2,安装时的注意事项,安装高度要根据具体情况而定。基本原则是使,SL,位于水深的,0.6,处,离水面或渠底最小距离，不同频率的,SL,也不同，根据,1:20,40,的比例原则,用,SonUtils,软件的波束诊断功能，检查声波路径是否有障碍物,注意两个声学传感器位于同一水平面上。同时要注意主机底面必须垂直，以保证波束为水平发射,44,45,46,SL,的测量, 1,47,SL,的测量, 2,48,固定式多普勒剖面仪,座底式,SW,49,固定式多普勒剖面仪,座底式,SW,适用于水位变化较大的断面,(0.3 to 5.0 m),测量垂线平均流速,同时可测量变化的水位,随水位变化的动态测量,实时流量输出,50,51,便携式多普勒流速仪在水文测验中的应用,52,浅水方式多普勒点流速仪,x,手持式声学多普勒流速仪（,ADV,）,带测杆的,FlowTracker,53,浅水方式多普勒点流速仪, 2,手持式 “水流跟踪者” ,FlowTracker,最小流速,1,mm/s,，最小测量水深,2,cm,可测量点流速，也可测量流量,使用灵活，携带方便，直接显示流量,小型渠道、枯期河道、湿地等断面流量监测,适用于突发事件时流量快速测量,x,54,浅水方式多普勒点流速仪, 3,x,收、发分置的多普勒流速仪,位于中间的声波发射器,2,个或,3,个声波接收器,远距离的采样单元,距离发射探头,10 cm,处,二维,/,三维流速,可分解的水流方向,55,FlowTracker,测量方法和原理,浅水方式多普勒点流速仪, 4,56,浅水方式多普勒点流速仪, 5,x,保持探头的,X,轴与测绳垂直,只有,X,方向的流速用于流量计算,消除水流方向角的影响,水流方向角被测定，并在数据质量检查中显示,57,浅水方式多普勒点流速仪, 6,x,中英文对照的操作键盘和说明书,汉化的软件，供数据的下载和分析,中文说明书,多点的测量方法,1,，,2,，,3,，,5,，多点法,冰期测流,0.6,，,0.5,法,智能测杆配合使用,根据水深，智能定位测点,可定位,0.2,、,0.6,、,0.8,58,浅水方式多普勒点流速仪, 7,x,内置,SmartQC,智能质量控制,有助于提高质量特性的整体能力,估算每个流量测量值的不确定度,记录每条测量的质量控制,（,QC,）,QC,参数会在每次测量以及在完成一个流量断面测量时自动进行检查,如果数值超过预计指标值，给出报警,59,浅水方式多普勒点流速仪, 8,x,系统配置,显示器 ,2,米电缆线,带中文软件,可选配智能测杆,可升级为,5,米电缆线,60,61,62,63,应用实例,1,64,应用实例,2,65,谢谢各位！,欢迎交流和赐教！,问题？,66,