使用声学多普勒水流剖面系统 (ADCP) 进行河流流速和流量测量时,最常被忽视的错误或问题来源之一是选址。
您可能在仪器操作、安装等方面做到一切正确,但是如果您选择的地点违反了 ADCP 河流测量的基本假设,那么您仍然无法获得准确的数据。
选择测量地点时,目标是能够测量代表平均河道流速的速度。理想情况下,将有一段适当长度的顺直河道,不受河道弯曲、水中障碍物、流入、流出等造成的流动干扰。
一般建议,测量或安装位置应在任何流动干扰源的上游和下游至少 5-10 个河道宽度,这样可保持充分的线性距离,从而使任何湍流、涡流、上升流、回水效应等均能稳定为均匀而稳定的水流。
河道中的植物生长会对水流情况产生影响,河道的底部地形也会产生影响,因为水面以下可能存在不可见的显著流动干扰源。
使用多波束声学多普勒测流系统时请注意的相关事项。
同质条件
使用任何多波束声学多普勒测流系统进行测量的基本假设之一是,各个波束在相似条件下进行测量,因此各个波束的平均速度将提供准确的平均速度。
空间平均
使用多波束声学多普勒测流系统(如 RiverSurveyor S5/M9、SonTek-SL 和 SonTek-IQ),报告的速度是单个声束测量的速度的平均值,这些声束非常窄。报告的速度近似于根据 2、3 或 4 个波束测量的速度计算出的空间平均值,平均面积随着与系统的距离而增加。SonTek 系统的离轴波束角为 25 度*,因此在距系统的任何特定距离(即范围)处,波束间隔的距离为 (0.93 x 范围)。例如,使用 2 波束 SonTek-SL 系统,在 10m 范围内,波束间隔为 9.3m。
湍流/涡流
当河道中存在明显的湍流或涡流时,各个波束可能会在截然不同的条件下进行测量(因此违背了均质条件的假设),从而导致其平均流速明显不同于实际平均流速。例如,在某些情况下,大涡流会导致波束测量相反方向的速度,从而导致平均速度为零。河道中通常存在一定程度的湍流或涡流,尤其是自然河道,但在适当长的时间内对速度数据进行平均,有助于改善结果。如速度误差和相关性等参数将提供测量均匀性指示。
磁场影响
另一个选址考虑因素是局部磁场,它会影响配备罗盘的系统,例如 RiverSurveyor S5/M9/RS5。磁干扰源可能包括钢桥、混凝土桥梁、结构中使用的钢筋以及电力线。
以下示例显示了河流横断面的带有速度矢量的船迹,其附近的桥柱对罗盘造成了磁干扰:
根据可用的测量地点,上述建议和考虑可能并不总是可行的。没有任何地点是完美的,但在选择地点时牢记基本假设非常重要。
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