【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，屬于水力學(xué)及河流動力學(xué)。
技術(shù)介紹
1、河流中的泥沙根據(jù)運動狀態(tài)不同可分為床沙、懸移質(zhì)及推移質(zhì)，其中，推移質(zhì)運動一直是河流動力學(xué)中非常重要又極其復(fù)雜的科學(xué)問題，它是研究水沙數(shù)值模擬與泥沙災(zāi)害防治等問題的重要基礎(chǔ)，對河流形態(tài)穩(wěn)定、涉河建筑物安全、河流修復(fù)等意義重大。對推移質(zhì)運動的理論研究始于19世紀末，法國du?boys基于水流切應(yīng)力，開創(chuàng)性的提出了推移質(zhì)輸移理論并建立了輸沙率預(yù)測公式，隨后眾多學(xué)者對推移質(zhì)運動規(guī)律開展了深入研究，包括基于實驗方法的規(guī)律分析和基于物理推導(dǎo)的理論研究，其中最主要的有：(1)通過水槽試驗方法研究推移質(zhì)運動規(guī)律，最具代表性的是meyer-peter和muller基于大量水槽實驗資料通過多因素量綱分析建立的以水流切應(yīng)力為水流強度指標的推移質(zhì)輸沙率公式；(2)通過理論分析，使用物理方程來研究泥沙起動條件，最具代表性的是einstein使用跳躍起動模型，將瞬時上舉力大于水下重力作為判別條件，假定泥沙在床面各處落淤概率相同，推導(dǎo)出了當運動泥沙與床面泥沙交換達到平衡時的推移質(zhì)輸沙率；(3)通過計算機算法輔助分析泥沙運動過程，最具代表性的是ancey通過圖像識別算法研究了顆粒時停時間的概率分布，發(fā)現(xiàn)推移質(zhì)輸沙率表現(xiàn)出顯著的非高斯波動。
2、推移質(zhì)測量技術(shù)自二十世紀初開始就受到了各國的重視，國際水文科學(xué)協(xié)會曾在意大利召開推移質(zhì)測量技術(shù)的會議，河流泥沙國際學(xué)術(shù)研討會也有專門議題討論室內(nèi)外推移質(zhì)測量技術(shù)。推移質(zhì)測量方法可以分為直接測
3、聲學(xué)多普勒流速剖面儀(adcp)的底跟蹤(bottom?track)功能，可以發(fā)射探底聲波，并根據(jù)河床反射的聲信號的多普勒頻移來測量河床運動速度，與推移質(zhì)運動速度有很強的相關(guān)性，近年來被證實具有高時空分辨率推移質(zhì)測量的潛力，是推移質(zhì)測量技術(shù)的前沿方向。但由于固定床面反射的聲波會對聲學(xué)多普勒流速剖面儀測量的河床運動速度造成誤差，無法直接使用adcp測得準確的推移質(zhì)顆粒運動速度，目前尚無一套準確的基于adcp的推移質(zhì)運動速度測量方法，這嚴重制約了adcp推移質(zhì)測量技術(shù)的發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本專利技術(shù)旨在提供一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法。
2、本專利技術(shù)解決上述技術(shù)問題所提供的技術(shù)方案是：一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，包括以下步驟：
3、選定測量河段，在未淹沒區(qū)域的河漫灘上對河床表面的泥沙進行采樣，并測量泥沙級配，得到床沙的中值粒徑；
4、選定測量區(qū)域，使用adcp以及配套的無人船搭載dgps進行定速巡航式測流，獲得測流數(shù)據(jù)，并從測流數(shù)據(jù)中提取船速數(shù)據(jù)；
5、根據(jù)船速數(shù)據(jù)計算河床運動速度；
6、過濾河床運動速度數(shù)據(jù)，并計算過濾后河床運動速度數(shù)據(jù)的特征值；
7、根據(jù)過濾后河床運動速度數(shù)據(jù)特征值分別計算推移質(zhì)垂向投影面積比、推移質(zhì)散射修正系數(shù)；
8、根據(jù)推移質(zhì)垂向投影面積比、推移質(zhì)散射修正系數(shù)計算推移質(zhì)運動速度。
9、進一步的技術(shù)方案是，所述測量區(qū)域的水深大于底跟蹤功能最小探測閾值30cm。
10、進一步的技術(shù)方案是，所述定速巡航式測流中關(guān)閉adcp智能脈沖功能，使用3mhz固定頻率聲波進行測量，并開啟綜合航跡功能，同時進行底跟蹤船速測量與gps船速測量，測量時間在3min以上。
11、進一步的技術(shù)方案是，所述船速數(shù)據(jù)包括底跟蹤船速、gps船速。
12、進一步的技術(shù)方案是，所述河床運動速度的計算公式為：
13、va＝vdgps-vbt
14、式中：va為河床運動速度，m/s；vdgps為gps船速，m/s；vbt為底跟蹤船速，m/s；
15、進一步的技術(shù)方案是，所述過濾河床運動速度數(shù)據(jù)包括：
16、去除所有負值河床運動速度數(shù)據(jù)；
17、計算剩余河床運動速度數(shù)據(jù)標準差；
18、去除高于三倍標準差的河床運動速度數(shù)據(jù)；
19、去除小于adcp底跟蹤測量閾值0.001的河床運動速度數(shù)據(jù)。
20、進一步的技術(shù)方案是，所述特征值包括河床運動速度數(shù)據(jù)的平均值、標準差、噪點數(shù)據(jù)百分比。
21、進一步的技術(shù)方案是，所述推移質(zhì)垂向投影面積比的計算公式為：
22、
23、式中：cp為推移質(zhì)垂向投影面積比，％；為河床運動速度數(shù)據(jù)平均值，m/s；vastd為河床運動速度數(shù)據(jù)標準差，m/s；pf為河床運動速度數(shù)據(jù)噪點數(shù)據(jù)百分比，％。
24、進一步的技術(shù)方案是，所述推移質(zhì)散射修正系數(shù)的計算公式為：
25、
26、式中：為推移質(zhì)散射修正系數(shù)；d50為床沙中值粒徑，m；vastd為河床運動速度數(shù)據(jù)標準差，m/s；va為河床運動速度數(shù)據(jù)平均值，m/s。
27、進一步的技術(shù)方案是，所述推移質(zhì)運動速度的計算公式為：
28、
29、式中：vp為推移質(zhì)顆粒運動速度，m/s；為推移質(zhì)散射修正系數(shù)；va為河床運動速度數(shù)據(jù)平均值，m/s；cp為推移質(zhì)垂向投影面積比，％。
30、本專利技術(shù)具有以下有益效果：
31、1、本專利技術(shù)可以長時間持續(xù)進行推移質(zhì)運動速度測量，具有較高的測量效率和時空分辨率，實現(xiàn)了以一種方便、簡單的方法對推移質(zhì)運動速度進行有效的持續(xù)測量；
32、2、本專利技術(shù)搭配無人船可以實現(xiàn)大范圍水域的遠程巡測，且不干擾河流的流場，能夠精確測量河道內(nèi)推移質(zhì)運動速度的分布；
33、3、本專利技術(shù)操作簡單，測量及校核成本低，無需大量人力即可實現(xiàn)推移質(zhì)運動速度測量。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護點】
1.一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述測量區(qū)域的水深大于底跟蹤功能最小探測閾值30cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述定速巡航式測流中關(guān)閉ADCP智能脈沖功能，使用3MHz固定頻率聲波進行測量，并開啟綜合航跡功能，同時進行底跟蹤船速測量與GPS船速測量，測量時間在3min以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述船速數(shù)據(jù)包括底跟蹤船速、GPS船速。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述河床運動速度的計算公式為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述過濾河床運動速度數(shù)據(jù)包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述特征值包括河床運動速度數(shù)據(jù)的平均值、標準差、噪點數(shù)據(jù)百分比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述推移質(zhì)垂向投影面積比的計算公式為：
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述推移質(zhì)散射修正系數(shù)的計算公式為：
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述推移質(zhì)運動速度的計算公式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述測量區(qū)域的水深大于底跟蹤功能最小探測閾值30cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述定速巡航式測流中關(guān)閉adcp智能脈沖功能，使用3mhz固定頻率聲波進行測量，并開啟綜合航跡功能，同時進行底跟蹤船速測量與gps船速測量，測量時間在3min以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于，所述船速數(shù)據(jù)包括底跟蹤船速、gps船速。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于多普勒流速剖面儀聲波散射修正的推移質(zhì)顆粒運動速度測量方法，其特征在于...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王路，聶銳華，王子涵，劉興年，劉超，馬旭東，
申請(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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