ADCP 河流流量测验原理和方法ADCP 培训之三传统流速仪法流量测验流速测点宽度深度ADCP 流量测验原理与传统流速仪法（人工船测、桥测、缆道、涉水） 的基本原理一样：• 将整个测流断面化分为许多子断面（即布设多条 垂线）• 在每个子断面中垂线处测量水深并测量多点的流 速从而得到垂线（即子断面）平均流速ADCP方法与传统方法的不同• 传统流速仪法是静态方法流速仪是固定的ADCP 方法是动态方法ADCP在随测量船运动过程中进行 测验• 传统流速仪法要求测流断面垂直于河岸ADCP方法 不要求测流断面垂直于河岸测船航行的轨迹可以是 斜线或曲线• ADCP所测的垂线（子断面）可以很多，每条垂线上 的测点也很多ADCP流量测验与航迹无关n VbVf0/航迹ADCP在走航测量中测量如下数据： •相对流速（由“水跟踪”测出） •船速(由“底跟踪”测出, 或由GPS算出) •水深（由河底回波强度测出，类似于回声测深仪） •船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算 出）ADCP实测区、非实测区、微断面、单元示意图ADCP基于如下的公式计算流量:（1）Q=流量 S=河流某断面面积 u=河流断面某点处流速矢量 =作业船航迹上的单位法线矢量 ds=河流断面上微元面积公式（1）可以重新写为: T=跨断面航行时间 k=垂向单位矢量叉乘积 f 定义为：将沿航迹的断面离散为 m 个微断面,则：Hi=微断面 i 处水深 t=相应于微断面的测量时间平均步长 m=断面内总的微断面数目 V=微断面深度平均流速矢量微断面深度平均流速的x方向分量由下式算出(y方向分量 类似):VxT=表层平均流速(x向分量) VxM=中部平均流速(x向分量) VxB=底层平均流速(x向分量)ADCP 流量计算有关参数定义示意图微断面中部平均流速由ADCP直接测出, 其值为所有有效 单元所测流速之平均。
微断面平均流速x方向分量由下式算出(y方向分量类似):uxj =单元 j 中所测的x向流速分量 n = 有效单元的数目 表层和底层平均流速和流量借助于幂函数流速剖面来推算表层或底层平均流速及流量u=高度z处的流速 u*=河底剪切流速 z0=河底粗糙高度 b=经验常数=1/6流速剖面叉乘积 f 剖面叉乘积 ff1f3f4f5fnf2实测外推水面水 深幂函数岸边流量估算岸边区域平均流速的计算公式为：Va=岸边区域平均流速 Vm=起点微断面 (或终点微断面)内的深度平均流速 α=岸边流速系数岸边流速系数(取自中华人民共和国水利部“河流 流量测验规范”，1993)岸边情况α值水深均匀地变浅至零的斜坡岸边0.67 – 0.75陡岸边不平整0.8光滑0.9死水与流水交界处的死水边0.6三角形：Qside = 0.3535*Vm * L*dm矩形（陡岸边）：Qside = 0.911*V m * L*dm美国地调局采用的公式1 光滑渠壁距离 = 3mDepth0.20.20.1ADCP流量测验Q ENSEMBLE = 1.5 m3/sS Q = 1.5 m3/s距离= 9mDepthADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3Q ENSEMBLE = 4.2 m3/sS Q = 5.7 m3/s距离= 15mDepthADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5Q ENSEMBLE = 12.3 m3/sS Q = 18 m3/s距离= 21mDepth0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.2Q ENSEMBLE = 17.1 m3/sS Q = 35.1 m3/sADCP流量测验距离= 27mDepthADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.2Q ENSEMBLE = 21.6 m3/sS Q = 56.7 m3/s距离= 33mDepthADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.540.40.40.30.30.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.2Q ENSEMBLE = 28.2 m3/sS Q = 84.9 m3/s距离= 39mDepthADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.2Q ENSEMBLE = 28.2 m3/sS Q = 113.1 m3/s距离= 45mDepthADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.20.90.80.80.60.50.40.20.80.80.70.50.4Q ENSEMBLE = 23.1 m3/sS Q = 136.2 m3/s距离= 51mADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.20.90.80.80.60.50.40.20.80.80.70.50.40.70.70.60.40.30.60.40.30.2Q ENSEMBLE = 13.2 m3/sS Q = 149.4 m3/s距离= 57mADCP流量测验0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.20.90.80.80.60.50.40.20.80.80.70.50.40.70.70.60.40.30.60.40.30.20.40.30.20.20.1Q ENSEMBLE = 3.6 m3/sS Q = 153 m3/sADCP流量测验参数设定：• 深度单元尺寸• 深度单元数目• 每个呯集合中底跟踪和水跟踪脉冲个数或 呯集合时间平均步长• 盲区• 换能器深度（即ADCP入水深度）• 盐度(用来修正声速)建议采用的深度单元的最小尺寸 ADCP 頻率1200 kHz600 kHz300 kHz深度单元最小尺寸 （米）0.260.521.05注：建议值仅适用于RDI公司ADCP工作模式1。
单元尺寸与流速测量精度的关系单元长度 (m) 0.26 0.52 1.05 精度提高（％）36.８ 36.８ 36.８美国USGS建议采用的最小盲区ADCP頻率1200 kHz600 kHz300 kHz最小盲区 （米）BBADCP0.50.51.0“瑞江”ADCP0.25 (0.1)*0.250.75注：建议值适用于RDI公司ADCP 最新的 1200 kHz ADCP 零盲区为标准配置美国地调局ADCP流量测验基本规则: • 测量断面的选择仍然应遵照水文调查 规范的要求• 在测量过程中，应保持船速小于或等 于河流的平均流速• 对于岸边ADCP不能测验区域的水面距 离，必须采用电子测距仪器，测绳，或 者其它能够精确测量距离的仪器• 对于流量稳定的河流，至少要进行四次 测量，来回各两次取四次测量的平均 值作为实测流量值四次测量值中任一 个与平均值之差应小于5%• 如果ADCP在高含沙量水流中不能正常 进行底跟踪和水深测量，只有采用差分 GPS测量船速，采用测深仪测量水深。