声相关海流剖面(ACCP)测量的流速估值方法

声相关海流剖面（ACCP）测量技术对水体回波信号进行空间相关处理来估计流速值，与声学多普勒海流剖面仪（ADCP）相比ACCP的工作频工，更适合深海测流应用，ACCP测量系统对回波信号进行时空相关处理，根据相关函数的位置来估计被测水团的流速值，ACCP从信号中提取流速值要运用参数估计技术，本文介绍了采用极大似然法和最小二乘法进行流速参数的处理方法，给出一些典型流速情形的数值计算结果。     

国产ADCP流速精度比测试验研究

针对低频 ADCP 的测速精度标检试验室条件无法满足的问题,参考国家及行业标准要求,在千岛湖采用同步比测方式进行了国产低频 ADCP 流速测量精度标检试验。通过试验区域的深度初探,结合试跑阶段的回波分析确定了比测过程的层数、层厚以及交替工作间隔时间等参数,在试验区域进行了多航速折返比测试验。试验结果显示：由于水体悬浮物少等因素,千岛湖水域的流层回波强度整体偏弱,相对而言 ADCP 近底流层测量会受到比较强的底回波干扰;利用未受干扰的流层数据对比,国产 DVLⅡ-300kHz 型 ADCP 与同频率进口 ADCP 的剖面流速测量精度相当。     

江苏大丰潮间带粉砂滩的潮流边界层特征

对江苏大丰潮间带粉砂滩的潮流观测数据，运用Karman-parndtl模型分析了流速对数剖面的出现频率和边界层参数（摩阻流速与粗糙长度）。结果表明，不同时间尺度（10^1-10^3s）的平均流速对计算u-lnz线性关系出现频率的影响不大，而不同层位组合的影响较为显著，影响流速对数剖面分布的自然因素为波浪、风、潮流旋转、表底层流向差异、滩面坡度和水流加减速等。相邻层位的流速在时间序列上存在很高的线性关系，回归直线的斜率与水层距底床的高度、粗糙长度和摩阻流速有关。涨潮阶段床面粗糙长度大于落潮阶段，涨潮阶段摩阻流速小于落潮阶段。     

结合有人和无人驾驶船观测以及长期定点观测计算寒潮过境引起的海水输运

高分辨率的数据对于理解近海的复杂过程以及制定有效的管理措施日益重要,特别是考虑到恶劣气象的长期效应。这种长期效应的积累可以与潮汐的长期效应一样重要。本文讨论的即是一个大气锋面过境的过程对于Vermilion Bay水输运的影响。我们的研究采用了有人船和自制的无人船作为载具来测量流速剖面。这种自制无人船造价低廉、简单实用、可控性好,可以做比有人船更精确的测量。我们采用安装在这些观测载具上的多普勒流速剖面仪在一个潮周期内反复对流速的横向和垂向断面的水通量做高分辨率的精准测量,然后与一个定点的多普勒流速剖面仪的流速做相关分析得出相关系数。利用所求相关系数把水通量的计算扩展到总共717天的定点观测时间段,以此讨论在这个期间最强的一次大气寒潮过境时产生的水输运并阐述此类过程的重要性。     

深海垂向流速剖面数值模拟

运用CFD软件对深海各种不同的垂向流速剖面进行数值模拟,分析研究试验区域内水流在空间上的流速分布情况以及湍流强度的变化,并与目标流速进行了比较.结合模型试验,表明数值模拟的结果是可靠的,造流系统能够较为准确地模拟出不同垂向流速剖面的海流,满足深水试验池对深海海流的模拟要求.     

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。     

潮滩水流加减速阶段边界层流速剖面的比较

江苏大丰地区潮滩由于水深较浅,潮流、波浪等动力较强,整个水层可视为边界层,其主体部分是对数层,即水流流速在垂向上呈对数分布。在潮流的加减速阶段,流速剖面将可能偏离对数分布,从而使对数剖面法计算出来的边界层参数造成误差。使用MIDAS-400用户化数据采集系统,在大丰潮滩获得了多层流速、浊度等同步高频观测数据,基于修正后的von Karman-Prandtl模型对u-lnz进行回归分析、数据内部一致性分析来定义流速对数剖面并与未修正前经典理论得到的边界层参数进行比较。分析结果表明,修正后的流速剖面更符合实际情况,边界层参数除了受水流加速度的影响外,还和沙纹等因素有关。另外,边界层参数的变化量与特征加速度负相关。     

湍流剖面仪系统动力学分析与实验研究

文章开发了采集海洋湍流数据的一种新型湍流剖面仪。应用动力学方法分析了系统运动特性,并设计开发了原理样机,包括:微尺度流信号放大处理电路,并扩展了FLA SH存储器(K 9f2808U 0C)保存测量结果,及RS232传输协议的数据通信电路设计。此系统可获得海洋垂直剖面2 mm尺度的剪切流速度数据。湖试实验结果表明此湍流剖面测量仪性能良好,可以满足微结构流测量要求。     

声学多普勒流速剖面仪海上比测试验研究

针对平台和试验条件对声学多普勒流速剖面测量仪（Acoustic Doppler Current Profiler,ADCP）海上比测试验的影响,本文开展了基于坐底平台和浮平台的ADCP海上比测试验。本文统计了不同测量时间段、不同剖面深度比测ADCP所测流速、流向数据的相关系数和均方根误差,完成了基于坐底平台、浮平台开展ADCP海上比测试验总体效果分析,并研究分析了采样时间、海况等试验条件对浮平台试验结果的影响。研究结果表明：浮平台相较于坐底平台更适合开展ADCP海上比测试验,采样时间段不同、海况等级不同都会影响海上比测试验结果。本文研究成果可为进一步优化海上比测试验结果提供方向,为规范国产ADCP的检验验证手段提供理论基础和实践依据。     

浅水区抗拖网ADCP海床基的研制

搭载声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的海床基是实现浅水区水文环境长期监测的有效装置。针对现有ADCP海床基不能避免渔业拖网破坏的缺陷,对海床基的结构、功能进行了全新设计,成功研制了新型抗拖网ADCP海床基,并设计了合理有效的布放回收方法。海上应用表明,抗拖网ADCP海床基能够在浅海渔业捕捞区完成水文数据的采集,可实现对海洋环境的长期有效监测。     

水下井口探测技术研究

在海上油田开发过程中,往往存在一些当时不具备开发条件的水下井口。这些井口一方面现阶段具有重新开发价值,另一方面也是海洋工程建设的障碍物。而水下井口尺度小,常用的调查手段较难探测到。文中介绍了浅地层剖面仪和磁力仪的原理,并开展了浅地层剖面仪和磁力仪综合探测水下井口的应用与分析。结果表明浅地层剖面仪和磁力仪均可探测到井口,在浅地层剖面图像上表现为垂向的声学空白带,为桩坑和井口的反射;磁异常平面等值线为等轴状,存在极大值和极小值,井口位于极大值和极小值之间。浅地层剖面仪和磁力仪探测的井口位置相差1m,与给定井口坐标偏差2m,满足工程需求。因此使用浅地层剖面仪和磁力仪综合探测水下井口在现阶段不失为一种可行的方法。     

SES-2000浅地层剖面仪在福建LNG海底管道检测中的应用

利用声学浅地层剖面仪对海底管道在海底的赋存状态检测是确保海底输油气管道安全运行的重要措施之一。介绍了新型参量阵浅地层剖面仪SES-2000的基本原理及其特点,通过对福建湄洲湾LNG海底管道检测实际应用,有效识别出了埋藏、裸露和悬空等3类海底管道赋存状态,尤其对沙包回填治理后的管道埋深能有效探测识别。检测结果表明,该设备具有高分辨率和强穿透的特点,稳定性好,能获取高品质的管道检测数据,应用效果良好。获取的基础数据为海底管道日常维护提供了科学依据和技术支持。     

浅地层剖面仪在近海航道工程中的应用

采用浅地层剖面仪在中国黄海近海航道工程中进行声学剖面探测,可以有效界定工程区域地质构造,尤其是识别坚硬礁岩及灾害性浅层气。根据工程实例进行了典型的地层剖面解析分析并对层内物质成分及其沉积环境作了简单的说明。     

An attenuation-based sediment classification technique using Chirp sub-bottom profiler data and laboratory acoustic analysis

A remote sediment classification technique based on attenuation measurements from Chirp sub-bottom profiler data is described. This differs from previously published work in that attenuation measurements are obtained for each stratigraphic unit within a complex, thinly interbedded sedimentary sequence. Compressional wave attenuation measurements are obtained for a wide variety of lithologies, including muds, silts, sands, clayey sands, silty clays and gravel lags, with grain sizes ranging from 8 Phi to -4 Phi. In addition, attenuation measurements from sub-bottom profiler data were calibrated against laboratory acoustic measurements of vibracores and seabed samples from corresponding geographic locations, under simulated in-situ conditions using a Pulse Tube method. We adapt an instantaneous frequency matching method using a causal attenuation filter to model the decay of the Chirp transmitted waveform. From this modelling, a relationship between t* (a causal attenuation operator) and change in instantaneous frequency is established. The Hilbert transform is used to extract instantaneous frequency information from Chirp seismic, which is used to derive attenuation information for selected individual stratigraphic layers imaged by the sub-bottom profiler. This paper draws attention to the limitations in comparing attenuation measurements derived from Chirp sub-bottom profiler data against previously published literature on experimental attenuation measurements, which are limited by the wide variance of these data, and the difficulty in finding a meaningful best fit to these data. This demonstrates the importance of calibrating remote sediment classification observations using complimentary acoustic analysis of seabed samples to generate a site-specific geoacoustic database. A positive correlation between laboratory and sub-bottom profiler attenuation measurements was obtained, with a correlation coefficient of 0.885. Poorly sorted gravels with a mixed lithic and biogenic pebble component are characterised by very high attenuation with values of Q from 4 to 19. These sediments are considerably coarser-grained than those typically described in previously published experimental studies.     

浅地层剖面仪关键声学参数的检测技术研究

基于在消声水池中对参量阵型浅地层剖面仪进行的声学参数测量试验及数据的处理分析,探索性地提出了一套完整的浅地层剖面仪关键声学参数检测与评价的解决方案.方案主要包括4部分:1)检测平台构建:简述了检测平台的主要组成部分,并对消声水池的建设提出了基本的技术要求;2)声学参数测量:介绍了浅地层剖面仪的声源级、频率和脉冲长度测量...     

江苏废黄河口外夏季悬浮泥沙运动

利用对江苏北部废黄河口水下斜坡和平坦海床上同步声学多普勒测流仪(ADP)测流和悬浮体取样数据,分析了本区近海水动力条件和泥沙运移。三站的同步调查显示,本海区潮周期悬沙净通量方向以南向为主,净通量在103~104kg/m之间。依据三站同步资料,初步估算穿过本区的泥沙通量接近长期侵蚀输沙的平均值。潮周期内悬浮泥沙含量呈周期性变化,靠近岸边浅水区的悬浮泥沙含量变化尤其明显。流速数据和悬浮体含量数据对比显示,底层流速与悬浮体含量的关系密切。这说明悬浮体含量变化与海底沉积物的再悬浮有关。悬沙含量峰值出现在急流后,ADP测流垂向断面数据显示急流时,流速梯度高,因而,急流时有较大的剪切速度,使沉积物受到侵蚀或再悬浮,从而使悬沙含量在急流后达到峰值。     

基于多波束测深仪的西太平洋声散射层测量

为了研究西太平洋声散射层的垂向分布特征和日变化规律,分析了多波束测深系统的水体影像数据。观测结果表明,西太平洋存在着两个声散射层,一个声散射层位于0～200 m,另一个声散射层位于500～700 m,两个声散射层散射强度具有明显的日变化特征,上层散射层的散射强度呈现白天弱,夜晚强的特征,而下层散射层的散射强度日变化规律与上层相反,并且发现深散射层的厚度也存在日变化特征;分析了此种方法的优缺点,对以后声散射层的观测分析提供了新的思路。此外,利用同时下放的声速仪(SVP)的温度和深度数据对下放式声学多普勒流速剖面仪(LADCP)的观测结果进行了修正,得到了更为精确的声散射层垂向位置分布。     

浅地层剖面仪在大亚湾海底管道检测中的应用

浅地层剖面探测是海洋工程勘察的主要手段之一。阐述了浅地层剖面仪的工作原理,通过浅地层剖面仪在广州华德石化海底输油管道检测中的实际应用情况,分析浅地层剖面仪在工程区域内使用的优缺点,以期为今后该区域内工程勘察及管线检测工作起到一点参考作用。     

海水温盐深剖面测量技术综述

温盐深是反应海洋物理学特性的重要参数,是海洋水文观测的基本要素。CTD剖面仪(Conductivity-Temperature-Depth profiler)是进行海水温盐剖面观测的主要仪器,利用CTD剖面仪可精确测得水下不同深度上海水的温度和电导率参数,进而能够推算出海水盐度、密度、声速等相关信息,对于海洋经济开发、海上国防建设、海洋环境保护等都具有非常重要的意义。本文介绍了温盐深剖面测量技术的基本原理与发展现状,对几种典型的温盐深测量设备及各种海洋观测平台中搭载的CTD传感器进行了介绍,论述了CTD传感器的标定和测试技术,并对其发展趋势进行了分析。     

全海洋浅地层剖面仪及其应用

全海洋浅地层剖面仪(Topographic Parametric Sonar,TOPAS)PS 018系统是目前世界上最先进的浅地层剖面仪之一。该系统是全海洋宽带非线性差频浅地层剖面仪,可对海底地层进行全方位测量,同时还兼有测量水深的功能,最大地层穿透深度为150 m,最小分辨率为0.3 m。系统多种发射信号(Ricker波、Burst波和Chirp波)的选取方便了操作者使用,从理论上实现了全海洋测量功能。从实测剖面分析,该系统是中、深水地层测量的理想测量系统。