现场粒径分析仪与ADCP同步测量悬浮沉积物浓度的粒径修正方法

利用后散射强度(ABS)估计悬浮沉积物浓度原理,根据Rayleigh散射理论,给出了利用现场粒径分析仪与声学多普勒流速剖面仪(ADCP)同步测量悬浮沉积物浓度的粒径修正方法,并推导出了一种新的、用于对ABS进行粒径修正的等效粒径计算公式(9)。利用这一公式并结合LISST-100所测的粒径分布信息,可以对ADCP所测的ABS进行粒径修正,其修正方法见式(10)。结合利物浦湾和Anglesey周边海域的现场采样、测量及其分析结果,对上述粒径修正方法进行了验证。分析结果表明,采用上述公式进行粒径修正后,ADCP测量悬浮沉积物浓度的精度有较大程度的提高,线性拟合的相关系数从0．65-0．71提高到0．78-0．88。     

利用ADCP和LISST-100仪观测悬浮物浓度的研究

利用黄河口海床基声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的周日观测资料对悬浮物浓度进行了反演,反演过程中综合考虑了球面扩散、声学近场的非球面扩散、海水和悬浮颗粒的吸收衰减以及其他因素对回声信号的影响,结果表明在粒径保持相对稳定的情况下,利用ADCP仪回声强度反演悬浮物浓度具有较高的精度.结合现场激光粒度仪(LISST-100)测得的粒径分布信息在反演过程中考虑了粒径修正,重点讨论了观测区域粒径变化对结果的影响,结果表明粒径的剧烈变化会降低体积后向散射强度与悬浮物浓度之间的相关性.大颗粒物质的存在使计算得到的悬浮物浓度偏高,粒径修正虽然在一定程度上消除了这种影响,但线性拟合的相关性并未提高.     

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。     

基于浊度计和ADCP的悬沙浓度估计与分析

作者采用浊度计和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在近海区域连续、定点观测的应用中,利用浊度与悬沙浓度之间良好的线性关系,对潮汐半月周期内的浊度和ADCP后向散射声强数据进行相关性分析,讨论了小、中、大潮期间利用ADCP后向散射声强反演悬沙浓度的可靠性,反演过程中综合考虑了声学近场非球面扩散和本底噪声的影响。结果表明,在实验海域中,小潮情况下,各水层内悬浮泥沙成分较为稳定,ADCP后向散射声强与浊度变化相关性较高,达到0.91;而在大潮情况下,ADCP后向散射声强与浊度变化的相关性降低,悬沙浓度及成分容易在海流的影响下发生变化。     

长江口区基于BP算法的表层悬沙浓度计算模型

传统的悬浮泥沙浓度测量方法存在着各种不足,而ADCP(声学多普勒流速剖面仪)具有观测悬浮泥沙浓度的潜能.文章目的在于利用BP神经网络强大的非线形处理能力和黑箱模型的优势探讨长江口区快速测量悬浮泥沙浓度的可能性.根据2006年7月在长江口区的20个站位使用RD300K型宽幅ADCP测量得到的实测资料,提取其回声强度信息,把回声强度、温度、盐度、流速作为输入层变量,利用BP算法反演悬浮泥沙浓度,结果表明此方法精度较高(平均相对误差为18.64%),说明利用4-4-1模式的BP人工神经网络算法拟合长江口区表层悬浮泥沙浓度是可行的,但拟合效果与流向无关,而是与采样现场的海况有很大关系.海况越好,拟合效果也越好.在拟合除表层以外其他水层时需要考虑声波传输过程中各水层物理性质的变化.     

应用走航式ADCP测量分析与验证金塘水道的高悬沙浓度

在金塘水道西口门2006年冬季和2007年夏季大、小潮期间应用美国RDI公司生产的300 kHz声学多普勒流速剖面仪(ADCP)进行25 h的走航式断面观测,同步采集水样过滤获得悬沙浓度.实测断面流速、流向表明:落潮时流向为东南向,涨潮时分两股,靠近北仑为西南向,靠近金塘岛为西北向;夏季大潮最大流速为260 cm/s,大于冬季大潮;观测期间断面悬沙浓度为0.4～1.5 g/L,冬季大于夏季约0.3～0.5 g/L;ADCP后向散射强度冬季大于夏季约5 dB.应用实测CTD数据进行声吸收系数校正,通过计算,断面后向散射强度分布趋势基本不变.后向散射强度与悬沙浓度成正比,与水深成正比,垂向分布与潮时有关,冬季小潮水深增大时,后向散射强度反而减小.回归ADCP后向散射强度与水样悬沙浓度之间半经验半理论统计关系,发现冬季不成线性关系,夏季成线性关系,且相关性较好,相关系数为0.7,说明夏季较高浓度下后向散射强度可以表示悬沙浓度的大小.夏季大、小潮期间高分辨率的悬沙浓度断面数据分析表明,反演后的悬沙浓度值与流速成正比;近岸悬沙浓度大于断面中部;涨急和落急时同一水深高低含沙量值错落分布,涨憩和落憩则分层明显;大潮悬沙浓度大于小潮流约0.05 g/L.断面两端点反演后的悬沙浓度与实测值比较,呈现半日潮含沙量双峰特征,夏季大潮反演后的悬沙浓度与实测值分布一致,实测值大于0.9 g/L时,两者量值相差大,小潮则拟合很好.因此,应用走航式ADCP测量高悬沙浓度是可行的,它可大大提高测量效率,为获取现场悬沙浓度提供了一种新方法.     

现场测量与室内分析悬浮体粒度方法的比较

2008年8月,在长江河口最大浑浊带边缘地区,利用现场激光粒度仪LISST-100X在无扰动情况下,定点连续观测了水体悬浮体粒径和体积浓度,并结合采取水样进行了实验室分析,比较两种方法得到的悬浮体颗粒的平均粒径、体积浓度和粒径的分布,结果显示,进行悬浮体含量测量时,两种方法得到结果均能有效反映悬浮体含量;LISST现场无扰动测量可真实有效反映悬浮体的粒径及物质组成,但在浑浊带地区,尤其是浮泥发生地区必须借助于现场水样的室内分析。     

声学悬浮泥沙观测数据现场定标研究

用声学设备探测水体中悬浮泥沙浓度及其变化的关键问题是对观测数据进行标定。通过分析在长江口海域现场观测得到的声学后向散射强度数据和水样泥沙实测值,提出了三种将声学观测数据转换为泥沙浓度的现场标定方法。结果表明,采用特征时刻标定所得数据与实际值相比离散性较小,统计误差约为20%.该方法比同步采水标定更为简便实用。     

寒潮过程中长兴岛近岸水体后向声散射观测研究

2018-01-17—03-11,在大连长兴岛附近海域开展了为期54d的水文和气象连续现场观测,获取了风速、气温、海流、波浪、海冰、以及水体回声强度等多要素观测数据。数据显示观测期间经历了2次完整的大风降温天气过程(寒潮),并且在降温后出现了显著的冰情。通过将回声强度数据转化为后向声散射强度,用后向声散射强度数据表征水体悬浮物浓度变化,利用EMD方法分解了后向声散射强度数据,分析了潮流和波浪在海面是否结冰情况下对沉积物再悬浮的影响。结果显示:海面结冰对潮流引起的海底沉积物再悬浮没有明显影响,但海冰却能通过抑制波浪来减弱沉积物的再悬浮。     

悬沙的ADCP估测方法

ADCP估测悬沙含量是基于声波的背散射强度正比于悬沙浓度的理论。在实际测验中，由于多种因素干扰，ADCP所得到的背散射强度与悬沙浓度之间存在着不定的非线性关系。同传统的回归方法比较，BP网络模型方法可以使含沙估测精度有较大的提高。     

ADCP measurements of suspended sediment flux at the entrance to Jiaozhou Bay, western Yellow Sea

The purpose of the present contribution is to explore the technique to use Acoustic Doppler Current Pro- filers （ADCPs） for suspended sediment flux measurements, which may be applied to coastal embayment environments such as estuaries and tidal inlets for sediment exchange and budget studies. Based on tidal cycle measurements from the entrance of ]iaozhou Bay, Shandong Peninsula, eastern China, statistical rela- tionships between the suspended sediment concentration （SSC） and ADCP echo intensity output are estab- lished. Echo intensity data obtained during an ADCP survey along two cross-sections during a spring tidal phase were transformed into SSC data. The ADCP current velocity and SSC data were then used to calculate the flux of fine-grained sediment. The results show that net sediment transport at the entrance is directed towards the open sea, with an order of magnitude of 103 t per spring tidal cycle; hence, although Jiaozhou Bay is a low SSC environment, the tidally induced suspended sediment transport can be intense.     

长江河口区边界层参数的观测与分析

2003年11月在长江口南槽用ADCP进行定点水文观测,结果表明研究区为不规则半日潮,在水流转向期流速较低时常出现悬沙浓度峰值。根据流速对数剖面分布模型与悬沙分布模型,分别计算了海底边界层参数,其中潮周期内摩阻流速可达0.15 m/s,粗糙长度为0.01~1.2 m,拖曳系数为10-3~10-4,边界层厚度为2~4 m,悬沙的沉降速率为0.2~6 mm/s。     

长江口悬沙动力特征与输运模式

本项研究用ADCP在长江河口进行高频、高分辨率三维流速和声学浊度的定点观测,通过对定点站位潮周期内的悬沙浓度、流速和盐度的分析,计算悬沙输运率;悬沙输运机制分析表明平流作用、斯托克斯漂移效应在悬沙输运中占据主导地位.此外,从河口内向河口外,潮周期内的水动力特征与悬沙净输运具有明显的地域性差异,主要表现在悬沙输送的贡献因子、盐度的垂向混合和分布特征、垂向流速等方面.在拦门沙下游和口外地区,悬沙均向西、北方向输送,而拦门沙上游则向东、南方向输送.这种悬沙输运格局,对于长江口拦门沙及附近最大浑浊带的形成有着重要的作用.     

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.     

用ADCP进行走航式悬沙浓度测量的初步研究

用ＤＲ３００型宽幅ＡＤＣＰ在胶洲湾口站进行了走航工断面观测。观测期间悬沙浓度小于４０ｍｇ／Ｌ,悬沙粒度分布曲线具有双峰特征,调查船航速为２￣３ｍ／ｓ。用水样过滤法率定相应的ＡＤＣＰ声学信号,获得池计算悬沙浓度的半经验公式及悬沙浓度剖面分布数据,分析结果即使在悬沙浓度较低,悬沙分选性较差,船速较高等不利于ＡＤＣＰ观测的现场条件下,测量误差与光透式浊度计的误差相当。因此,在走航状态和低悬沙浓度条件下     

水体悬沙浓度连续测量技术研究综述

水体悬沙浓度是水利、环境、河口海岸与海洋相关研究领域最为基础的数据需求之一。随着传感器技术的发展, 悬沙浓度连续测量技术在悬沙浓度测量领域表现出高时空分辨率、长期数据采集的成本和风险均较低的突出优点。本文综述了光学、声学、音叉谐振、压差和放射性射线衰减等原理用于悬沙浓度连续测量技术的相关研究进展, 探讨了各技术方法的优、缺点, 并提出了今后的研发重点和发展方向主要在以下几个方面: 1) 光后向散射原理是低成本、小型化和高时频测量悬沙浓度的最优技术路线, 需着力于开展量程扩增和粒径敏感度削弱研究; 2) 低不确定度悬沙浓度垂向剖面观测的实现依赖于超声后向散射原理技术路线的发展; 3) 音叉谐振原理技术路线尤为契合高含沙水流和浮泥工况下的超高量程应用场景; 4) 多技术路线传感器融合以及使用人工智能算法模型替代正向反演模型。     

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。