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新一代声学多普勒水流剖面仪M9 在水文测验中的应用(二)
发布时间:2020-04-04

M9自从2009年在世界范围内正式发布以来,已有2000多个用户和单位正在使用。在国内,也已经有超过1000个用户正在使用中,发挥了很大的作用和产生了很好的效果。主要用户覆盖了全国各省市;包括了广东、广西、云南、贵州、浙江、宁波、福建、四川、重庆、江苏、上海、安徽、山东、河北、河南、北京、湖南、湖北、江西、海南、新疆、西藏、黑龙江、吉林、辽宁、长委、松辽委、珠委、海委、淮委等30余省市、流域机构的水文系统、环保系统、以及科研单位和大专院校。


案例一:

浙江省水文局直属的之江水文站位于钱塘江的河口,是流入杭州湾的最后一个控制站,河宽近1000米,最大流量达13800 m3/s。该站配置了四套带有RTK GPS的 M9,用于潮汐变化大、河床走底现象严重的流量测验任务;很好地解决了以前测流困难、测验误差大等问题。采用M9仪器,配合遥控船的过河装置,还可以从一岸的不到1米的水边开始,一直测流达到对岸的也是不到1米的水边,完整地实测到整个测流断面的资料。下图是实测的数据,与测站的流量过程线非常吻合。

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下图是放大的右岸开始水边的剖面数据,可以看到实测到的第一个测量单元离开水面仅为0.18米(还包含了换能器在水下0.08米的入水深度),而测量单元大小只为0.02米;做到了非常小的盲区和非常高分辨率。M9在这样的情况下,是采用了脉冲相干的工作模式,保证了在浅水和低流速的情况下的测流精度。

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案例二:

位于武汉的长江流域汉口水文站,是长委水文局的一个窗口。M9曾经在该站进行过多次的测量,下图为2009年6月12日的一次实测成果。M9可以同时显示采用底跟踪作参考的航迹(下图中间蓝色的航迹线),和采用GPS作参考的航迹(下图中间橙色的航迹线)。如果测量时河床没有产生走底的现象,那么这二种不同参考的航迹应该是重叠的。但是,如果河床底部的流沙在移动,即产生走底时,这二条航迹就不会重叠,通常底跟踪的航迹线会向上游方向漂移。走底现象越严重,漂移的程度就越大,而且实测的流量也会随之偏小。

我国的测验规范中明确指出:测流断面有底沙运动时,是不能用底跟踪测流,应采用GPS测量船速。M9采用了内置DGPS(或RTKGPS)很好地解决了走底河床的测流问题。


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汉口水文站用RTK GPS实测的流量(二个测回的平均值)是28500m3/s,与汉口站的流量过程线的数值非常吻合。而如果采用底跟踪作参考进行流量计算,显示的实测流量仅为26800m3/s;会偏小了1700m3/s,测验误差会达6.3 %之多,而且测量的当天流速不大,相对来说,走底并不严重。下表是二个测回,即4个航次的成果表。相对误差仅为0.5 %。


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在汉口水文站,我们还进行了采用外置GPS罗盘的方式测流的演示。这样的配置,对于使用大型铁质测船测流是有很大的现实意义。

至今为止,所有的多普勒流速仪都是采用内置的磁罗盘来测量流速和流向的。而对于固定安装在船舷边的仪器内置罗盘,会受到铁船影响,罗盘不再准确地指向正北方向,从而影响了测量精度。为了彻底解决大型铁船对多普勒流速仪的影响,M9可以直接采用外置的GPS罗盘,既可取代内置的磁罗盘,又可以取代用于测量船速的GPS。2011年7月12日,我们在汉口水文站采用GPS罗盘进行了一次演示。实测流量为31800 m3/s,与汉口站流量过程线的数值非常接近。


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