Minos X聲速剖面儀在賽里木湖容積測(cè)量中的應(yīng)用研究

常正科

【摘 要】Minos X聲速剖面儀可以測(cè)出不同水體處的離散聲速，然而水深測(cè)量中需要的是平均聲速。如何利用測(cè)出的離散聲速，對(duì)測(cè)深數(shù)據(jù)進(jìn)行改正，得到正確的水深數(shù)據(jù)。通過(guò)聲速剖面儀測(cè)出不同水深點(diǎn)的離散聲速，然后通過(guò)分段法，求出不同水深的平均聲速。在測(cè)深儀中輸入標(biāo)準(zhǔn)聲速，由測(cè)出的水深，反推出聲波在水中傳播的時(shí)間。最后得出正確的水深。

【關(guān)鍵詞】聲速剖面儀；水深測(cè)量；平均聲速

0 引言

湖波容積測(cè)量的主流方法依然是采用水面船只測(cè)量水深，測(cè)船沿布設(shè)的斷面采集水深數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)一系列改正計(jì)算得到正確的水深數(shù)據(jù)，最后得出湖波容積。其中聲速改正就是水深測(cè)量中必備的一項(xiàng)改正。

聲速在不同的水體中傳播的速度是不一致的，現(xiàn)在一般用專(zhuān)用的聲速儀測(cè)量聲速，然后對(duì)水深數(shù)據(jù)進(jìn)行改正。本文結(jié)合賽里木湖容積測(cè)量對(duì)Minos X聲速儀的應(yīng)用提出了新方法。該方法使用方便簡(jiǎn)單、精度高。

1 Minos X聲速剖面儀簡(jiǎn)介

Minos X聲速剖面儀是一臺(tái)聲程法測(cè)量?jī)x。Minos X聲速剖面儀上裝有固定距離的發(fā)射聲源和反射器，在水中發(fā)射聲源發(fā)射的聲波經(jīng)反射器反射后被接收，根據(jù)其往返程時(shí)間，聲速剖面儀可直接測(cè)量計(jì)算出水中的聲速。工作時(shí)，將聲速剖面儀從水面投放到水底，即可得到該處的聲速剖面。

2 離散聲速轉(zhuǎn)換為平均聲速的計(jì)算方法

水下聲速在經(jīng)過(guò)不同的水深層時(shí)，聲速有較大的差值。測(cè)深儀在計(jì)算水深時(shí)都是根據(jù)聲速與聲波在水中的傳播時(shí)間相乘除以2得到的。因此求出準(zhǔn)確的聲速對(duì)水深測(cè)量是很重要的。

Minos X聲速剖面儀能測(cè)出不同深度點(diǎn)位的離散聲速，而測(cè)深儀需要的是水面至水底這一段的平均聲速。

把水深分成多個(gè)連續(xù)相等的部分，設(shè)每段長(zhǎng)為L(zhǎng)，每段對(duì)應(yīng)的平均的聲速為Vi，Vi可以由聲速剖面儀測(cè)出此處的離散聲速代替。某處的水深為N×L，聲波在此處的傳播時(shí)間為t=，此處的平均聲速為V=（N×L）/t。

我們?cè)谑y(cè)時(shí)，首先給測(cè)深儀一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)聲速，可以得到一個(gè)深度，用這個(gè)深度乘以2，除以標(biāo)準(zhǔn)聲速，得到此處聲波在水中傳播的時(shí)間T。有此處的平均聲速V和時(shí)間T可以得到此處正確水深。

3 Minos X聲速剖面儀在賽里木湖容積測(cè)量中的應(yīng)用

賽里木湖容積測(cè)量是第一次全國(guó)水利普查的后續(xù)工作之一。為準(zhǔn)確掌握湖區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、客觀評(píng)價(jià)湖泊演變成因，為湖區(qū)生態(tài)保護(hù)、開(kāi)發(fā)利用、科學(xué)研究等工作提供科學(xué)依據(jù)。測(cè)深精度是影響湖泊容積精度的極其重要的因素之一，而測(cè)深普遍以回聲儀測(cè)深為基本方法，賽里木湖水底溫差很大，聲音在經(jīng)過(guò)不同的水深層時(shí)的速度有很大差值，而且賽里木湖平均水深46米，最大水深106米。因此進(jìn)行水深測(cè)量時(shí)，必須進(jìn)行聲速改正。

在容積測(cè)量中，共分兩個(gè)水下地形作業(yè)組，其中一組采用星站差分GPS配合HY-1600回聲測(cè)深儀組成的水下測(cè)量自動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)進(jìn)行，另一組采用星站差分GPS配合HD-370回聲測(cè)深儀組成的水下測(cè)量自動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)。

把Minos X聲速剖面儀設(shè)置成按0.5米的深度間隔采樣離散聲速，然后計(jì)算出不同深度的平均聲速。

開(kāi)始測(cè)量前把測(cè)深儀聲速統(tǒng)一設(shè)置為1500m/s，測(cè)出水深數(shù)據(jù)，最后統(tǒng)一在表格中進(jìn)行聲速改正。

例如測(cè)深儀測(cè)出一點(diǎn)的水深是80米，聲波在水中傳播的時(shí)間是（80*2）/1500=0.106666666，此處的標(biāo)準(zhǔn)聲速為1433.218m/s，此處正確深度為（1433.218*0.10666666666）/2=76.438。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 從以上的分析中，可以得出聲速剖面儀測(cè)出的水深是某個(gè)深度的離散聲速，而不是此處整個(gè)水深的平均聲速，而測(cè)深儀需要的是平均聲速，因此在計(jì)算水深時(shí)一定要注意。

4.2 本文提出的把離散聲速轉(zhuǎn)換為平均聲速的計(jì)算方法，操作簡(jiǎn)單，計(jì)算科學(xué)合理。

4.3 從賽里木湖的聲速曲線(xiàn)圖中可以看出，賽里木湖水下42米以下離散聲速幾乎不再發(fā)生變化，水面至測(cè)深點(diǎn)平均聲速還在發(fā)生變化。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]