浅谈流速测量方法 - adv声学多普勒流速仪

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引言

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  流速是水文测量中极为重要的要素。流速测量包括河流，河口及近岸水体的流速测量，也包括大洋水体流速测量。流速大小与河水/海水运动形态和变化密切相关。流速的变化影响波浪、潮汐的大小，也对水体的温度、盐度和密度分布有显著的影响。水流对气候变化，渔场分布/船舶航行、污染物扩散、泥沙运动和输移，及海洋生物生产力大小等也紧密联系。

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● 渔场分布/船舶航行、污染物扩散、泥沙运动和输移，及海洋生物生产力大小等也紧密联系。流速测量目的在于掌握水流的特征，研究其时间和空间变化与分布，通过分析找出其运动规律。流速测量参数包括反映水体运动特征的流速，流向；也包括反映水流性质的层流，紊流，涡流，内波等。水流的测量方法，包括拉格朗日法：漂流瓶、雷达定位法、航空摄影法、放射性同位素示踪法、中性浮标法；欧拉法: 各种定点和断面测量。目前，主要的水流测量仪器或设备主要包括（部分）：

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机械式海流计

    机械式海流计也称旋桨海流计，是利用流体力学原理研制的设备。它借助海流流动产生的推动力来驱动叶轮旋转，再计算出流速大小，并用内置的磁罗盘确定水流的流向。如目前应用较广泛的英国Valeport 公司的106、108系列产品，挪威安德拉仪器公司生产的RCM-4S 型海流计，国产SLC9-2 系列直读海流计等。

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电磁式海流计

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     水体在地磁场中流动所产生的感应电动势可用来测量流速、流向，据此原理研制出的海流计称为电磁海流计，可分为天然磁场电磁海流计和人工磁场电磁海流计。

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    天然磁海流计通过测量海水流过磁场时的感应电动势来测定海水的流速。其优点是可以走航自记，水下部件结构相对简单，结果可靠性高。缺点是它地球垂直磁场强度有关，不能在低纬度海域使用，也容易受环境磁场干扰。人工磁场电磁海流计会产生与水流流速成正比的电位差，经过反演计算得到水流流速。目前被广泛应用的是球形、盘形和环形三种形式传感器，该类海流计是可用于单点流速测量，广泛应用于河流河口近岸水流速测量中。其优点是:体积小、重量轻，自容或直读测量，使用灵活，测量精度高，测量数据齐全，布放简单; 其缺点是不能进行剖面测量，易受海水介质电导率和地球磁场的影响。目前，广泛使用的人工磁场电磁海流计主要有美国InterOcean Systems 公司的S4、英国Valeport 公司的MIDAS ECM、日本ALEC 公司AEM-USB 和德国HS-Engineers 公司的ISM －系列等。

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声学海流计

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3.1

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声学多普勒流速剖面仪（ADCP）

  ADCP (Acoustic Doppler Current Profilers)，它是利用声学多普勒原理设计的一种声学测流设备，有3个以上声学传感，某一类型的ADCP以一定的频率向水中发射声波信号。天然水体中一般都含有一定的细颗粒悬浮物质，声波碰到天然水体中细颗粒物质就会发生散射；水体中悬浮颗粒物不同，接收到的声强信号频率也会发生变化。通过计算ADCP频率随悬浮物移动变化的关系，去除船体移动速度。根据不同的发射频率，ADCP可以测量不同水流的流速和流向等信息。主要类型包括：美国TRDI公司、挪威NORTEK公司和美国RTI公司等不同系列产品。

3.2

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高频声学点式流速仪（ADV）

  声学多普勒流速仪（Acoustic  Doppler  Velocimeter，ADV）是一种广泛用于实验室和野外的非接触式单点瞬时流速测量工具，通常以较高频率（可达湍流的时间尺度）采样，距离一定距离水流的三维流速，应用过程中，可根据测量需要设置不同的数据采集频率，根据传感器频率不同，采样体距离传感器0.3-15cm不等。目前，ADV主要用于测量水体或近底边界层单点三维流速，包括紊动流速信息。

作者：大江 小海

编辑：小海

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