河口海岸区悬沙输运量的声学多谱勒流速剖面观测技术的初步研究.pdfVIP

维普资讯 第 3卷 第 5期 2O03年 lO月 科 学 技 术 与 工 程 Vo1．3 No．5 October，2O03 1671．1815(2003)05-0467-04 ScienceTechnologyandEI1gineering @ 2O03 Sci．Tech．r~gng． 河 口海岸区悬沙输运量的声学多谱勒 流速剖面( )观测技术的初步研究 汪亚平 高建华 (南京大学海岸与海 岛开发教育部重点实验室 ，南京 210093) 摘要 基于ADCP的观测原理 ，推导出ADCP声学信息与水体 中悬沙浓度 的关系，从而提 出用走航式 ADCP在河 口 海岸区域进行悬沙输运量观测 的方法。通过分析长江 口的观测数据表 明，在高悬沙浓度的河 口区，用 ADCP后 向 散射强度与采水样得到的悬沙浓度之 间具有 良好的数学关系。 关键词 ADCP 水流流速 悬沙浓度 后向散射 河 口海岸 中图法分类号 TV148； 文献标识码 A 在河 口、海岸区，以悬浮形式输运 的沉积物数量 巨 1 ADCP的声学观测原理 大 ，通常是底移质 的数倍 以上uJ。这些悬浮沉积物 (即 悬沙)的输运在 自然环境 的演化 中起着至关重要 的作 天然水体中都含有一定的微粒物质 ，如悬浮泥沙、 用 ，也会对人工建筑物造成危害 ，如引起海岸蚀退 、河 浮游生物等。声学信号经 ADCP换能器发射 ，在传播过 道与港 口淤塞等 。此外 ，粘 附在悬沙上的污染物的积 程中，一部分被水体 、微粒吸收 ；一部分继续前进 ，碰到 累、释放将造成严重 的二次污染 。因此 ，在河 口海岸工 这些颗粒物后 ，发生后向散射并返 回，从而被 ADCP的 程建设和环境保护中，河 口、海岸环境中悬沙输运量和 换能器接收。由于 ADCP和微粒之间存在着相对运动 ， 输运过程的定量观测和研究具有重要意义。传统方法 导致发射 的声学信号在频率上发生变化 (压缩或膨 是在研究断面上布设一系列观测点，多船 同步或单船 胀)，即存在 多普勒 (Doppler)效应。因ADCP能够测量 准同步现场取水样 (作过滤实验 以获得悬沙浓度数 水体 中微粒后 向散射的声学频率 ，将它与 ADCP的发射 据)、测流速 ，从而计算断面的悬沙输运量 。这种方法 频率相比，就可计算 出微粒与 AI)CP的相对运动速度。 效率极低 、耗资巨大 ，获得 的数据有限；如果使用单船 ， 如果将 ADCP静置在水 中，假设水体中的微粒具有与水 在时间、空间上的同步性会更差。随着高精度 电子仪 质点相 同的运动速度 ，就可获得水流 的流速。当ADCP 器的发展 ，目前流速 、甚至是流速剖面的观测技术 已经 是 运 动 时，因为 ADCP还 能 进 行海 底 跟 踪 (Bottom- 相当成熟 。在悬沙浓度的观测方面 ，近 20年来 已经根 track)，即可接收并辨别出海底反射的声学信号 ，从而测 据光学和声学原理研制 了多种浊度计 ，观测效率也有 量出ADCP相对于海底的运动速度 ，故能获得水流相对 了极大提高。尤其是某些声学仪器 ，甚至可 以获得从 于海底的运动速度 ，即水流流速 。 水面至海底的同步剖面数据 。由美 国RDI公司生产的 因ADCP以四束声波 向水 中发射 ，其 中的三束可 声学多普勒流速剖面仪 (ADCP)，不但可测定水流 的三 同