河流聲學多普勒測流方法

朱洪戩+趙博然

摘要：利用聲學多普勒原理測量河流的流速是一種高精度測流方法。與傳統的測流方法相比，多普勒測流具有測量精確度好、分辨率高、資料完整、信息量大等優點，適用于復雜河流的流速、流量測量。

關鍵詞：聲學多普勒測流；原理；方法

中圖分類號：P335文獻標識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-60-1

河流聲學多普勒測流于20世紀90年代引入我國，廣泛應用于氣象、農業、水利等許多領域。聲學多普勒測流利用聲學多普勒原理測量水流剖面的流速，與傳統的測流方法相比，具有測量精度好、時間短、分辨率高、資料完整、信息量大等優點，適用于復雜河流的流速、流量的測量[1]。

1測量原理與方法

聲學多普勒測流假定水體流速與水體中顆粒物的運動速度相同，利用多普勒頻移測量水流流速。標準的多普勒測流配有4個換能器。換能器的作用，一是向水體中發射聲波，二是接收被水體反射回來的聲波。當河流中的顆粒物運動方向接近換能器時，換能器接收的反射頻率比發射頻率高；當河流中的顆粒物的運動方向遠離換能器時，換能器接收的反射頻率比發射頻率低。這種回波頻率與發射頻率之間的差值，即為多

普勒頻移[2-3]。

2.1相同之處

按照《聲學多普勒流量測驗規范》的要求[4]，傳統測流與多普勒測流在測量方法與基本原理上有相同之處，它們都需要設置測速垂線，每條測速垂線上都要測量河流水深，并且要測量不同水深點的流速，依據不同水深點的流速計算該垂線上的平均流速。

2.2不同之處

傳統測流是將流速儀固定在水中不同深度逐點測量。多普勒測流是在測船移動時，對不同深度點不間斷地連續動態測量。傳統測流時的垂線條數受自然條件的制約，一個河流斷面只能設置數個垂線，每條垂線上也只能測量數個不同深度的流速。多普勒測流理論上可以測量無數條垂線及無數個深度的流速。傳統測流的測量斷面必須垂直于河岸，多普勒測流可以隨機的沿斜線或曲線測量。傳統測流要在風平浪靜時測量，多普勒測流則只要根據羅盤和傾斜計指示，使X-Y-Z坐標系和球坐標系對應方向一致即可施測。傳統測流量程有限，而多普勒測流的測深可達180米。

2.3優點

多普勒測流的優點在于：可以對測量斷面進行準同步測量，測量速度快；可以進行三維流速、流向測量；可以自動鑒別測量數據質量，自動消除環境因素的影響；聲波傳感器適合各種測量環境，不干擾水流；可以為河流輸沙率計算測量懸浮物濃度；可以測量河底卵石間的過隙流量。

2.4缺點

多普勒測流的缺點在于：多普勒測流的測量成果需要通過兩次測量的平均值來確定；在河流流速大河底走沙時，測量結果可能失真；高含沙量河流聲波回波強度衰變化快，可能導致無法測流。

3誤差分析

研究人員為了進行多普勒測流的可靠性及誤差分析，采用多普勒測流儀進行了反復試驗。試驗結果表明：誤差均在允許的范圍內。試驗的自測變差系數在0.7%～0.9%之間，與傳統測流相比相差2.3%～4.5%，試驗結果符合《聲學多普勒流量測驗規范》的要求。

試驗證明，作業船速是影響測量精度的重要原因，測量誤差與測船船速成反比關系。測流時應根據河水流速，適當降低測船船速以保障測流精度。此外，河水的含沙量也是影響流量測驗精度客觀因素。

4結語

多普勒測流速度快、勞動強度低、數據穩定可靠、精度高，適應于在自然環境復雜、流量大、寬斷面的河流進行測流作業。

參考文獻

[1]田淳，劉少華.聲學多普勒測流原理及其應用[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2]高菲，周根富，姜志成，等.ADCP技術在河流流量測驗中的應用[J].江蘇水利，2011，161（1）：27-29.

[3]王憲寶，柳艷鋒.走航式ADCP與流速儀法流量測驗對比分析[J].吉林水利，2010，337（6）：81-83.

[4]中華人民共和國水利部.SL337-2006聲學多普勒流量測驗規范[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

作者簡介：朱洪戩，本科學歷，吉林省防汛機動搶險隊，研究方向：水利防汛技術。endprint

摘要：利用聲學多普勒原理測量河流的流速是一種高精度測流方法。與傳統的測流方法相比，多普勒測流具有測量精確度好、分辨率高、資料完整、信息量大等優點，適用于復雜河流的流速、流量測量。

關鍵詞：聲學多普勒測流；原理；方法

中圖分類號：P335文獻標識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-60-1

河流聲學多普勒測流于20世紀90年代引入我國，廣泛應用于氣象、農業、水利等許多領域。聲學多普勒測流利用聲學多普勒原理測量水流剖面的流速，與傳統的測流方法相比，具有測量精度好、時間短、分辨率高、資料完整、信息量大等優點，適用于復雜河流的流速、流量的測量[1]。

1測量原理與方法

聲學多普勒測流假定水體流速與水體中顆粒物的運動速度相同，利用多普勒頻移測量水流流速。標準的多普勒測流配有4個換能器。換能器的作用，一是向水體中發射聲波，二是接收被水體反射回來的聲波。當河流中的顆粒物運動方向接近換能器時，換能器接收的反射頻率比發射頻率高；當河流中的顆粒物的運動方向遠離換能器時，換能器接收的反射頻率比發射頻率低。這種回波頻率與發射頻率之間的差值，即為多

普勒頻移[2-3]。

2.1相同之處

按照《聲學多普勒流量測驗規范》的要求[4]，傳統測流與多普勒測流在測量方法與基本原理上有相同之處，它們都需要設置測速垂線，每條測速垂線上都要測量河流水深，并且要測量不同水深點的流速，依據不同水深點的流速計算該垂線上的平均流速。

2.2不同之處

傳統測流是將流速儀固定在水中不同深度逐點測量。多普勒測流是在測船移動時，對不同深度點不間斷地連續動態測量。傳統測流時的垂線條數受自然條件的制約，一個河流斷面只能設置數個垂線，每條垂線上也只能測量數個不同深度的流速。多普勒測流理論上可以測量無數條垂線及無數個深度的流速。傳統測流的測量斷面必須垂直于河岸，多普勒測流可以隨機的沿斜線或曲線測量。傳統測流要在風平浪靜時測量，多普勒測流則只要根據羅盤和傾斜計指示，使X-Y-Z坐標系和球坐標系對應方向一致即可施測。傳統測流量程有限，而多普勒測流的測深可達180米。

2.3優點

多普勒測流的優點在于：可以對測量斷面進行準同步測量，測量速度快；可以進行三維流速、流向測量；可以自動鑒別測量數據質量，自動消除環境因素的影響；聲波傳感器適合各種測量環境，不干擾水流；可以為河流輸沙率計算測量懸浮物濃度；可以測量河底卵石間的過隙流量。

2.4缺點

多普勒測流的缺點在于：多普勒測流的測量成果需要通過兩次測量的平均值來確定；在河流流速大河底走沙時，測量結果可能失真；高含沙量河流聲波回波強度衰變化快，可能導致無法測流。

3誤差分析

研究人員為了進行多普勒測流的可靠性及誤差分析，采用多普勒測流儀進行了反復試驗。試驗結果表明：誤差均在允許的范圍內。試驗的自測變差系數在0.7%～0.9%之間，與傳統測流相比相差2.3%～4.5%，試驗結果符合《聲學多普勒流量測驗規范》的要求。

試驗證明，作業船速是影響測量精度的重要原因，測量誤差與測船船速成反比關系。測流時應根據河水流速，適當降低測船船速以保障測流精度。此外，河水的含沙量也是影響流量測驗精度客觀因素。

4結語

多普勒測流速度快、勞動強度低、數據穩定可靠、精度高，適應于在自然環境復雜、流量大、寬斷面的河流進行測流作業。

參考文獻

[1]田淳，劉少華.聲學多普勒測流原理及其應用[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2]高菲，周根富，姜志成，等.ADCP技術在河流流量測驗中的應用[J].江蘇水利，2011，161（1）：27-29.

[3]王憲寶，柳艷鋒.走航式ADCP與流速儀法流量測驗對比分析[J].吉林水利，2010，337（6）：81-83.

[4]中華人民共和國水利部.SL337-2006聲學多普勒流量測驗規范[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

作者簡介：朱洪戩，本科學歷，吉林省防汛機動搶險隊，研究方向：水利防汛技術。endprint

摘要：利用聲學多普勒原理測量河流的流速是一種高精度測流方法。與傳統的測流方法相比，多普勒測流具有測量精確度好、分辨率高、資料完整、信息量大等優點，適用于復雜河流的流速、流量測量。

關鍵詞：聲學多普勒測流；原理；方法

中圖分類號：P335文獻標識碼：A文章編號：1674-0432（2014）-01-60-1

河流聲學多普勒測流于20世紀90年代引入我國，廣泛應用于氣象、農業、水利等許多領域。聲學多普勒測流利用聲學多普勒原理測量水流剖面的流速，與傳統的測流方法相比，具有測量精度好、時間短、分辨率高、資料完整、信息量大等優點，適用于復雜河流的流速、流量的測量[1]。

1測量原理與方法

聲學多普勒測流假定水體流速與水體中顆粒物的運動速度相同，利用多普勒頻移測量水流流速。標準的多普勒測流配有4個換能器。換能器的作用，一是向水體中發射聲波，二是接收被水體反射回來的聲波。當河流中的顆粒物運動方向接近換能器時，換能器接收的反射頻率比發射頻率高；當河流中的顆粒物的運動方向遠離換能器時，換能器接收的反射頻率比發射頻率低。這種回波頻率與發射頻率之間的差值，即為多

普勒頻移[2-3]。

2.1相同之處

按照《聲學多普勒流量測驗規范》的要求[4]，傳統測流與多普勒測流在測量方法與基本原理上有相同之處，它們都需要設置測速垂線，每條測速垂線上都要測量河流水深，并且要測量不同水深點的流速，依據不同水深點的流速計算該垂線上的平均流速。

2.2不同之處

傳統測流是將流速儀固定在水中不同深度逐點測量。多普勒測流是在測船移動時，對不同深度點不間斷地連續動態測量。傳統測流時的垂線條數受自然條件的制約，一個河流斷面只能設置數個垂線，每條垂線上也只能測量數個不同深度的流速。多普勒測流理論上可以測量無數條垂線及無數個深度的流速。傳統測流的測量斷面必須垂直于河岸，多普勒測流可以隨機的沿斜線或曲線測量。傳統測流要在風平浪靜時測量，多普勒測流則只要根據羅盤和傾斜計指示，使X-Y-Z坐標系和球坐標系對應方向一致即可施測。傳統測流量程有限，而多普勒測流的測深可達180米。

2.3優點

多普勒測流的優點在于：可以對測量斷面進行準同步測量，測量速度快；可以進行三維流速、流向測量；可以自動鑒別測量數據質量，自動消除環境因素的影響；聲波傳感器適合各種測量環境，不干擾水流；可以為河流輸沙率計算測量懸浮物濃度；可以測量河底卵石間的過隙流量。

2.4缺點

多普勒測流的缺點在于：多普勒測流的測量成果需要通過兩次測量的平均值來確定；在河流流速大河底走沙時，測量結果可能失真；高含沙量河流聲波回波強度衰變化快，可能導致無法測流。

3誤差分析

研究人員為了進行多普勒測流的可靠性及誤差分析，采用多普勒測流儀進行了反復試驗。試驗結果表明：誤差均在允許的范圍內。試驗的自測變差系數在0.7%～0.9%之間，與傳統測流相比相差2.3%～4.5%，試驗結果符合《聲學多普勒流量測驗規范》的要求。

試驗證明，作業船速是影響測量精度的重要原因，測量誤差與測船船速成反比關系。測流時應根據河水流速，適當降低測船船速以保障測流精度。此外，河水的含沙量也是影響流量測驗精度客觀因素。

4結語

多普勒測流速度快、勞動強度低、數據穩定可靠、精度高，適應于在自然環境復雜、流量大、寬斷面的河流進行測流作業。

參考文獻

[1]田淳，劉少華.聲學多普勒測流原理及其應用[M].鄭州：黃河水利出版社，2003.

[2]高菲，周根富，姜志成，等.ADCP技術在河流流量測驗中的應用[J].江蘇水利，2011，161（1）：27-29.

[3]王憲寶，柳艷鋒.走航式ADCP與流速儀法流量測驗對比分析[J].吉林水利，2010，337（6）：81-83.

[4]中華人民共和國水利部.SL337-2006聲學多普勒流量測驗規范[S].北京：中國水利水電出版社，2006.

作者簡介：朱洪戩，本科學歷，吉林省防汛機動搶險隊，研究方向：水利防汛技術。endprint