文档介绍：实验与技术
EXPERIMENT & TECHNOLOGY
ADCP 对悬浮沉积物浓度的测量及其误差分析研究
兰志刚, 龚德俊, 李思忍, 徐永平, 秦枫, 姜静波
( 中国科学院海洋研究所, 山东青岛 266071)
摘要: 为实时、连续地测量海水中悬浮沉积物, 利用声学多普勒海流剖面仪( ADCP), 可以在测
流的同时, 测量海洋悬浮沉积物浓度。描述了利用后散射强度, 估计悬浮沉积物浓度的原理。
在现场测试中, 利用采水器采集水样, 通过水样分析并结合声信号的衰减特征对 ADCP 的测量
结果进行修正。作者还结合现场测试结果, 对这一测量方法的精度进行了分析。现场实验表
明, 经公式校正后, ADCP 测得的后散射强度与实测水样所获得的悬浮沉积物浓度之间有很好
的相关性, 相关系数达 0. 88, 由此证明, 此测量方法具有很好的实用价值和应用前景。
关键词: 声学多普勒海流剖面仪( ADCP); 悬浮沉积物; 线性拟合; 回声强度
中图分类号: P736. 21 文献标识码: A 文章编号: 1000- 3096( 2004) 10- 0020- 04
利用水声后散射强度反演悬浮沉积物浓度的测行分析。
量技术以其对流场的无创性以及很好的时空解析度,
1 测量原理
吸引了越来越多研究人员的关注。这一尝试起始于
20 世纪 80 年代[1, 2], Libicki[3]等人在 1989 年比较详细悬浮沉积物的声学测量基于以下物理学原理:
地描述了利用回声散射强度反演悬浮沉积物浓度的源散射强度的大小与散射水体中悬浮物浓度的大小
[4~ 6]
理论方法; Thorne [4~ 6] 等人在 90 年代对不同悬浮沉积成正比。ADCP 所发射的声波在水中传播时由于
物的后散射特性进行了大量的研究, 并利用散射理论球面扩散以及介质吸收, 将产生能量衰减, 因此在计
给出了声学测量悬浮沉积物浓度的反演公式。近些年算源散射强度时, 必须用声波的几何衰减和吸收衰减
进行修正[9]。
来, 利用作为成熟测流产品声学多普勒海流剖面仪
根据声纳方程, 我们可以得到如下的修正结果:
(ADCP) 进行悬浮沉积物浓度的测量, 逐渐成为悬浮
E s= ( E- Er)+ 20 lg( R )+ 2At R+ C (1)
沉积物浓度测量研究中的一个热点[7]; Deines [8]在 W
( 1) 式中 Es 为源散射强度, E 为 ADCP 记录的回声强
1999 年, 对利用 ADCP 测得的回波强度反演悬浮沉积
度, Er 为背景噪声强度; R 为悬浮沉积物散射体沿换
物浓度, 从理论上作了较详细的描述和推导。除了测
能器波束方向离接收换能器表面的距离; C 为与发射
量的无创性以及相对较强的抗附着能力外, ADCP 可
以连续同时测量整个水体垂直断面的流速及回波强
度; 这不仅提高了测量的时空解析度, 而且使得利用
单一设备获取多个悬浮沉积物动力学特性, 并继而推
收稿日期: 2003- 12- 12; 修回日期: 2004- 08- 06
算出悬浮沉积物输运量成为可能。该研究有如下个
3 基金项目: 中国科学院重大科技合作项目( H4203260