声学悬浮泥沙观测系统的研制和应用

为观测水中悬浮泥沙的浓度剖面、监测水中污染物及研究近岸海区泥沙的迁移和沉积,研制了声学悬浮泥沙观测系统(ASSM).总结了设计时主要技术参数的确定及解决关键技术的方法。应用此系统观测长江口悬浮泥沙,得到典型悬浮泥沙浓度剖面。     

OBS-3A浊度计在钱塘江涌潮观测中的应用研究

主要介绍在钱塘江涌潮连续观测中,首次采用新型OBS-3A浊度计进行该水域的悬沙浓度测量,并对悬浮泥沙的变化规律与涌潮的关系进行了试验分析与研究.通过采集盐官站待测水域的泥沙进行室内标定,将标定曲线分为三段的数理方法处理,分别拟合得到相应曲线方程,然后将涌潮观测中OBS采集到的浊度数据,经标定曲线转化为泥沙含量.通过含沙...     

基于ADV声学泥沙反演与扩散机制分析

利用座底三脚架观测系统于2012年洪季对珠江黄茅海河口湾底边界层沉积动力过程进行了系统观测,建立了基于现场ADV探测的高频泥沙声学反演方法,分析了泥沙浓度、泥沙扩散通量及泥沙扩散系数随潮汐变化的特征,探讨了泥沙再悬浮的湍流猝发机制。泥沙浓度、泥沙扩散通量、涡动扩散系数及泥沙扩散系数具有明显的潮汐变化特征,主要表现为急流时较大、憩流时较小。泥沙沉降速度与泥沙浓度之间的幂函数关系可以很好地描述潮周期内沉降速度的变化。湍流猝发过程中,喷射和扫射事件是泥沙垂向扩散的主要动量来源,大振幅的猝发事件对泥沙垂向扩散具有决定性影响。     

OBS浊度标定与悬沙浓度误差分析

利用光学后向散射浊度计OBS-3A,在长江河口南槽进行大小潮周期连续观测。利用OBS室内和现场浊度标定,计算不同潮时OBS观测悬沙浓度相对误差,并对影响其观测精度因素进行分析。主要结果有:(1)现场OBS标定R值比室内标定偏低,但也在0.8以上;(2)大潮平均相对误差值变化比小潮大,在悬沙浓度低于1.5kg/m3条件下,大小潮悬沙浓度平均相对误差都在15%以下;(3)悬沙粒径大小是影响OBS观测精度的主要因素,生物、泥沙颜色、水色和水中气泡等因素也对观测结果产生一定影响。     

声学光学法泥沙浓度观测的对比研究

根据光学后散射传感器(Optical Backscatter Sensor,OBS)和声学后散射传感器(Acoustic Backscatting Sensor,ABS)估算悬浮沉积物质量浓度(Suspended sediment concentration,SSC)的原理,在水槽实验室不同波况产生较高悬浮沉积物质量浓度的条件下运用OBS仪器ASM-IV(激光边界层泥沙剖面仪)和ABS仪器AQUAscat1000(多频声学悬沙剖面仪)观测并记录数据。然后用水槽实验抽取的水样标定光学和声学仪器,反演得到高精度的垂向泥沙浓度分布剖面。结果表明,OBS仪器ASM-IV上的不同光学探头测得的浊度与SSC可以用同一个线性关系描述,相关系数高达0.996,进而能够高精度(垂向间距1cm)地反演垂向的SSC剖面;对于本组水槽实验的粉土底质和不同的波况而言,声学仪器比光学仪器的量测精度低;不同频率声学仪器换能器的量测值可相差几个数量级,不同波况条件下的声学仪器反演值与实测SSC的相关性系数在0.716~0.974变化。     

浅海悬沙浓度观测方法的对比研究

在动力和沉积条件复杂的浅海海域获取水-体的悬沙浓度有多种方法,目前较先进的主要是声学和光学浊度测量方法,但均需通过现场采集水样进行浊度标定;水样的分析方法主要有抽滤法和沉淀干燥法。根据2010年3—4月在厦门九龙江口获取的光学(OBS、LISST-100X)和声学(ADCP、ADP和ADV)浊度数据,以及现场同步水样,对这两种获取悬沙浓度的方法进行了比较;2011年2—3月在长江口北支获取水样,分别使用抽滤法和沉淀干燥法获取悬沙浓度数据进行比对分析。结果表明,声学和光学方法都具有较高的精度,在同一观测层位,光学与声学仪器的相对误差均较小;由于声波在水体中传播距离较远,声学方法可获得沿水深的整个剖面的信息,因而比光学仪器具有更高的空间分辨率和测量范围。对比发现,抽滤法获得的悬沙浓度数值略低于沉淀干燥法获得的结果,可能与沉淀干燥法难以洗净盐分有关。     

ADCP回波信号在悬浮泥沙测量中的适应性研究

选取福建省的湄洲湾、大港湾、东山湾外三个短期测站大、小潮观测数据为样本,利用ADCP现场测得的回波强度计算水体平均体积后散射强度,并建立其与悬浮泥沙浓度的回归关系。根据计算结果,受潮流、潮汐作用强烈的近岸海域,后散射强度与悬浮泥沙间具有良好的相关性,利用回归公式反演的悬沙浓度与实测数据平均相对误差均在20%以内,表明了此种方法在此类海区反演悬浮泥沙含量的可行性;对于随潮流、潮汐作用下悬浮泥沙浓度变化不强烈、水体混合均匀的海域,难以建立后散射强度与悬浮泥沙浓度的良好回归关系,不适宜用此类方法反演悬浮泥沙浓度。此外,为了得到波动范围更大的悬浮泥沙观测数据,应选取更能反映特定地点泥沙变化规律的时间段进行观测,选取的时间序列越长、越具有代表性,建立的回归关系越能反映悬浮泥沙输运特征。     

高浓度悬浮泥沙的声学观测

在分析高浓度悬浮泥沙的声衰减机理和进行实验研究的基础上,研制了两种型号的超声波观测仪器(UBD-500/1500超声重度计)用于悬浮泥沙浓度剖面的连续和实时观测,并且已经在长江口航道的浮泥探测、黄河小浪底水库的泥沙观测中得到应用.讨论了测量原理和仪器的设计、标定等问题.这种基于声衰减测量原理的观测仪器的主要优点是标定简便和稳定,含沙量观测范围为10～800kg/m3,标定后的测量误差可达±5%(F.S).     

应用声、光学仪器原位观测海底浮泥层动态变化的对比研究

海底浮泥层动态变化是研究海底沉积物输运及地形地貌演变的重要内容.针对浮泥层关键特征参数(悬浮泥沙浓度、上下界面),目前国际上主要采用声学和光学仪器进行观测,但不同仪器受限于观测原理,适用范围存在一定的局限性.通过潮滩试验,模拟浮泥层动态变化过程,对比不同仪器观测悬浮泥沙浓度和海床界面高程的效果.结果显示,在较低悬浮泥沙...     

应用ADP探测长江口区泥沙浓度的实验研究

声学多普勒流速剖面仪ADP不仅可以测量流速,其记录的声强信号还包含有泥沙浓度的信息,为探讨ADP测悬沙浓度的可行性,本文根据长江口区现场六点法测得的悬沙浓度,对输出信号进行标定,反演获得悬沙浓度。结果表明在500kHz的工作频率下,计算出的悬沙浓度在中上层水体平均误差较小(25％～38％),但要用ADP测整个垂直剖面的悬沙浓度还有待做进一步试验研究。     

In-situ calibration of acoustic measurements of suspended sediment

I~IONInseawatertherearevariousedirnentswhichcanaffectmarineenvi~t.Forexample,P8rticularlyinestuaryarea,theto~hyofchannelandseabedisccingcontinuouslybecauseofthedespitionofagreatquantityofmudsandsandsbroughtbyilifluentriver.In~talareasandharassthere-s...     

Amplitude calibration of an acoustic backscattered signal from a bottom-moored ADCP based on long-term measurement series

A possible approach to, and preliminary results of, amplitude calibration of acoustic signals backscattered from an ADCP moored at the bottom of the near-shelf zone of the Black Sea is considered. The aim of this work is to obtain vertical profiles of acoustic scattering signal levels, showing the real characteristics of the volume content of suspended sediments in sea water in units of conventional acoustic turbidity for a given signal frequency. In this case, the assumption about the intervals of maximum acoustic transparency and vertical homogeneity of the marine environment in long-term series of ADCP measurements is used. According to this hypothesis, the intervals of the least values of acoustic backscattered signals are detected, an empirical transfer function of the ADCP reception path is constructed, and it is calibrated. Normalized sets of acoustic backscattered signals relative to a signal from a level of conventionally clear water are obtained. New features in the behavior of vertical profiles of an acoustic echo-signal are revealed due to the calibration. The results of this work will be used in subsequent analysis of the vertical and time variations in suspended sediment content in the near-shelf zone of the Black Sea.     

声学方法监测悬浮物浓度的定标技术研究

海洋中特别是河口海岸中存在着大量的悬浮物，其中，包含有内陆河流夹带的大量泥沙、海洋内浮游生物及残骸，以及大陆倾倒的大量废水废渣，造成对海洋的污染。研究悬浮物随深度剖面的变化关系，即它的时空特性，将给河口和港湾的疏浚、泥沙综合治理、沿岸工程建设、环境污染防止等方面提供可靠的理论依据和直观方便的监测手段。所以，对悬浮物浓度的定标的研究有着十分重要的现实意义。     

Development of acoustic suspended sediment monitor

INTRODUCTIONA~q~tityofmudsandSandsbIDughtbyinfluentriverssUSpendin~talseawater.ThemudsandSands,affectedbythetidesandc~ts,areconstantlymoving,tranSportinganddealting,andcancauseseriousinfluencesonharhars,channelsandwaterconservancies,coaStalandOffshae...     

On the use of acoustics for measuring shallow water suspendedsediment processes

Acoustics have the promise of being able to have a significant impact on our understanding of coastal sedimentary processes, which play such an important role in the dynamics of the coastal and shallow water environment. Due to this, the application of acoustics for remotely measuring suspended sediments, over ranges from metres to tens of metres, is gaining acceptance within the sediment community. This recognition of the use of acoustics to the area of sediment processes is based on advances which have been made decade in the understanding of the interaction of sound with marine suspended sediments, and also due to ongoing field observations which have shown the unique ability of the acoustic technique to measure suspended sediment profiles. In the present work acoustic measurements of suspended sediments have been conducted at 1, 2.5, 3, and 5 MHz in a number of different shallow water environments. The interpretation of the acoustic data to obtain suspended sediment concentration is presented, and some of the difficulties when inverting the acoustic information to obtain the suspended load are considered. Some discussion is also given to future uses of acoustics for studying sediment processes, and how one may utilize the application of underwater sound to manage our coastal environment more effectively     

ADCP测量悬沙浓度的可行性分析与现场标定

根据现场观测数据，对ADCP测量悬浮沙浓度的进行标定实验。结果表明，在观测期间悬沙粒径变化较小的条件下，后散射强度与水样悬沙浓度之间存在较好的相关性。悬沙浓度剖面标定公式中的参数C′可用剖面实测水样浓度来确定，该参数与浓度密切相关：同一剖面不同浓度之间有一定的波动，但同一浓度不同潮时的变化很小。使用同一剖面参数C′的平均值计算出的剖面悬沙分布误差较大（29％－43％），而按不同深度段分别标定，误差可以小于20％，能够满足沉积动力学研究的需要。     

ADCP对悬浮沉积物浓度的测量及其误差分析研究

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AI)CP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。     

乐清湾悬沙的浓度分布与运移

本文根据冬、夏、秋3季29站次的周日水文泥沙观测资料,通过对悬沙浓度和单宽输沙特征值的计算,讨论了该湾悬沙浓度的分布规律以及单宽输沙与悬沙运移的特点。