韦婷婷
(河南省三门峡水文水资源勘测局 三门峡 472000)
ADCP 流量测验模式能够显著提升监测效果,确保监测的时效性。但针对磁场、流沙以及河床等不确定条件,很难保证测验的精准性。断面测量的时候需要运用牵引设备进行检测,测量环节中需要正确输入设备测量断面参数。与此同时,在开展ADCP 流量测量的时候,河流平均水深若是低于2m,单元高度为10cm 监测精准性更高。
ADCP 作为现阶段比较先进的流量监测设备,其中包含4 个换能器,换能器设备和轴线会直接地形成夹角,各个换能器设备有接收信号和发射信号的功效。发射声波能够集中在特定范围之内,换能器设备把固定声波频率传出。而后,接收声波触及到颗粒物之后,将反射回有关声波信息。如果颗粒运行速度值和水流相同,若换能器设备的附近有颗粒物,在靠近换能器设备所接收回声频率会高出发生频率;若是颗粒物与换能器设备距离相对较远,换能器设备所接收到的回声频率会低于发生频率。
ADCP 不同的换能器设备轴线,作为一个声速的坐标,不同的换能器设备测量的流速是水流顺着声速的流速分布。而后,运用声音坐标以及局部坐标所具有的转换关系,将声音坐标之下的流速转换成为局部坐标所具有的三维流速。最后,运用倾斜仪设备和罗盘设备方向与信息转换成地球坐标系之下的流速。设定:水体中颗粒物运动速度与水流速度相等,ADCP 所获得的速度是水流相对速度,若是在稳定平台中安装上ADCP,它就能够跟踪颗粒物质检测出的速度也就是绝对水流速度。ADCP 若是在船舶内水跟踪监测中的相对速度,需要将船舶运动后得到的水流速度忽略掉,然后求出绝对速度。可以将其分成 GPS 测量模式和低跟踪测量模式,其中低跟踪测量模式,也就是ADCP 接收和处理合理回波信号跟踪合理颗粒物状态。若是没有移动的推移质,其所监测的速度就是传播速度,GPS 监测能够从行际中两个坐标中GPS 坐标参数获取,2 点位移除以时间长得到。
ADCP 监测与传统流速仪相比之下,首先,传统转子仪设备模式是固定静态测量,但是ADCP 监测模式是动态跟踪与传播运行进行跟踪式测量。加之,传统测量模式需要耗时较长,没有办法把断面划分得比较细,垂线流速测量点相对较少。而ADCP 测量模式的采样速率相对较大,可以将子断面进行精细的划分,垂线流速测量点相对较多,等同于若干个流速仪设备对水流速度进行同时的测量。传统测量需要使测量面与河岸垂直,但是ADCP 不需要和河岸进行垂直,只需要对航迹进行测量,就可以当作是斜线。
不论哪一种测量模式都有无法测量区域和测量盲区,这就要求相关人员依照标准实施,计算运用ADCP 对流量进行监测,依照流速面积模式对流量进行计算,也就是:流量=河流断面某区域流速矢量×船舶航迹的单位法线矢量与河流断面微元面积。
依照公式需要先将垂线平均速度计算出来,ADCP 转能器设备要进入到水体盲区或是标准深度类系统,没有办法直接测量表层速度的区域。加之,会受到声音的影响,由于河底有声音干扰相对较大,流速信息将没有办法进行利用,导致该区域成为盲区。对此,重线平均速度需要依照底层、表层、中层进行逐一地计算,中层内的平均流速需要依照系统进行直接检验,其中参数作为首个与河体单元垂向的单元。运用垂线流速分布,对表层流速进行计算。然后对局边流量进行计算,由于船舶没有办法靠近河边进行监测,ADCP 没有办法对岸边的流量和流速进行检测,对此需要运用比例内插法模式对岸边流量进行计算。
ADCP 流量监测偏差可以降低分成盲区流速分布率定偏差、测速偏差、测深偏差、近岸测距以及岸边参数偏差等。ADCP 偏差与单元厚度频率以及测速有直接关联。一般会受到各种因素的影响,制约幅度以及参数设置都有至关重要的作用。例如,从10 增到170 的时候,偏差都会从8.20cm/s 降到2cm/s。对参数进行完善的时候,需要与检测的需求有机结合在一起开展现场的实践。与此同时,如果流速超出其所锁定的范围,也会出现偏差造成流速数据信息的监控失效。盲区流速主要是指针对于盲区监测,运用直线模式与流速资料有机结合在一起,对垂线流速分布、对数分布以及指数分布进行研究。在1~2m 的盲区和15%深度之下盲区,运用该种模式将会出现较大的偏差。测深偏差主要是指ADCP监测深度以及系统频率具有密切关联,频率较高则表示出水深较小,若是超出系统频率参数就会出现偏差,若是河床底部有走沙状况,运用ADCP 监测信息,就会出现干扰错误,误把水深当成是0 进行处理,所以得的流量也是0。
船舶运行速度直接关系到流量监测的精准性,行驶速度较慢,流量监测的偏差就会较小,针对于水深较深、河面较宽、系统频率较高以及河流速度较快的情况,流量检测偏差会相对较低。但是,不同ADCP 设备的监测影响也有差异。系统偏差与垂向单元长度具有密切关联,垂向单元长度若是较小,流量监测偏差就会较大。
4.1.1 定线比测
将ADCP 与流速仪设备安装在同侧,固定垂线ADCP 流量测验和误差控制根据流速仪监测的坐标与测速采样,收集ADCP 与流速仪设备在不同流速状况下40 个样本信息,对测点流速和垂线流速分布进行细致分析。
4.1.2 走航比监测
流速仪设备进行监测的过程中,ADCP 在初级阶段到终结阶段会反复三次穿过断面进行流量测定,运用流速仪模式和平均参数模式,对流量进行比较。ADCP 流量检测偏差相对于传统偏差一般为5%以下。若是河床浮泥较厚,有移位状况,传播速度监测就会产生偏差,导致流量被降低,需要及时地进行修正和计算。
4.1.3 监测
为降低环境因素对水文监测造成的影响,需对不同测流断面进行5 次以上的监测,选择其中5 次平均值作为断面流量的参数。若5 次中有一次测量值与平均值偏差在5%以上,则需分析有无特异参数,如有需再次测量。如无法判断,则需再测5 次,取10 次平均值作为流量参数。。
ADCP 检测模式非常适用于水深、河面宽以及流速大的环境,需要适宜地做好选型工作。传播速度是关键性影响因素之一,需要结合河流流速状况以及实际状况,对船舶速度进行控制。将垂线平均流速和流量有机地结合在一起,垂线平均流速检测偏差和水深有较为密切的关系,对此,水深检测必须要有较强的精准性,在开展检测的环节中需要做好预测,若是有河床移动,就需要运用精准性较强的设备进行测量,岸边水面宽可以用目测估量。
综上,在测验断面流量使用ADCP 的过程中,实际测量的部位属于断面中部,因此这个位置也被叫做ADCP 的实测区。ADCP 原理比较近似于水文流量模式,具有测量快捷和测量方便的特点,能够实现实时监测,测量精准度较高,具有一定的推广价值■