声学多普勒海流剖面仪(以下简称“ADCP”)是利用声学多普勒效应原理,测量水体剖面各分层单元的平均流速、流向的海流计。相对于传统仪器,ADCP具有测量速度快,可进行断面同步测量,时空分辨率高,最快采样频率达15Hz,空间分辨率最高达0.1m,能获取三维流速信息且测量对水体无干扰等优点。目前ADCP已在从近岸到远海的各项水文测量和海洋调查工作中得到了广泛应用。其使用方式也多种多样,有定点、走航、水平(H—ADCP)等,极大地提高了水文测验的效率和观测精度。但是由于布置方式和多种环境因素影响,ADCP在实际应用过程中也存在着一些问题。
由于ADCP的探头置于水下一定深度,且靠近海床底部的回声信号会受到干扰,形成“旁瓣效应”,因此会在测量水体的表层和底部各形成一个“盲区”,而无法获取海流数据。对于表层盲区,多利用传统的流速仪进行补充监测,以弥补表层数据的不足。对于近底层,由于传统仪器的限制,难以直接观测其流速,一些研究者通过对数剖面法、极值法来进行外推计算获取,但其适用性尚需进一步验证。
目前比较成熟的声学多普勒海流剖面仪主要包括挪威诺泰克公司生产的“阔龙”、“浪龙”“远龙”系列,美国RDI公司生产的“骏马”系列ADCP和美国SonTek/YSI公司生产的ADP系列产品。其中,挪威诺泰克公司生产的“阔龙”以其外观精巧轻便、安置灵活多样等特点而广泛应用在近岸工程水文测量领域,而美国RDI公司生产的“骏马”系列“哨兵” 型(Sentinel)ADCP以其特有的“底跟踪”技术而在内河流量和近岸断面走航测量中大显身手。
1.“阔龙”
“阔龙”在水中应用声学多普勒技术测量海流剖面。它应用广泛,可固定在水底、锚系、浮标和其他物体上(图6.17)。它自成系统,包括记录数据的内部存储器以及自容式应用所需的所有部件。“阔龙”系列体积小、重量轻,可应用于1~100m剖面范围的海流测量。其声学频率包含400K、600K、1M、2MHz 4种,对应的最大剖面范围从100~20m。测流范围一般为±10m/s,并可根据用户的需要定制更高的测量范围。流速测量精度为测量值的±1%±0.5cm/s,流向精度为±2°。
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图6.17 声学多普勒海流海流剖面仪“阔龙”浮标测量模式安装图
2.“哨兵”型ADCP
如图6.18所示,“哨兵”型自容式声学多普勒海流剖面仪亦称“骏马”系列“哨兵“型ADCP。该仪器适用于水深200m以浅的上层海洋或浅海海域的海流测量作业。如装上电缆,也可用于直读式在线海流测量。该仪器体积小,重量轻,携带和布放方便,用于海流剖面测量既可自容,又可直读,具有底跟踪功能,还可进行走航测量,使用灵活,是目前海洋常规测流比较理想的工具。
图6.18 “哨兵”型自容式声学多普勒海流剖面仪测量模式图
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