一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置及其使用方法与流程

本发明涉具体涉及一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置及方法，属于水文学和环境科学领域。

背景技术：

在水力学领域，浅水湖泊受到风的作用而形成风生流，水体流场十分复杂。水体风生流流速具有在不同水深处流速不同的现象。而湖泊、水库等水体，往往会由于表层水的流动造成漂浮生物、物质的聚集，比如蓝藻水华、水葫芦聚集甚至海洋的浒苔聚集，大都与表层水的流动有关。

目前常用的流速测定仪器大都无法在现场对表层10cm范围水层的流动进行测定。常用的流速的测量仪器有粒子成像测速仪(PIV)、电波流速仪、多普勒流速仪(ADCP)等。粒子成像测速仪通过在所测的流体中放入高流动跟随性的示踪粒子，激光器从装置的一侧将单偏光打入，在与激光垂直的另一侧利用高速摄像机(CCD)追踪粒子的运动轨迹，拍摄到粒子在100μs运动的轨迹计算获得水质点的二维运动速度，并且不适合野外使用。电波流速仪利用多普勒效应原理，通过发射和接收的电磁波频率改变来获得流速，虽然适合野外使用，但是同样难以获取三维流速分布。多普勒流速仪探头与其他仪器相比可以获取三维、更详细的数据，并且适合野外试验，它是通过向水中发射固定频率的声波短脉冲，脉冲碰到水中的散射体发生被散射，然后接受回波信号并通过整合船速得出流速分布。但是，由于使用多普勒流速仪探头测量流速的传统方法是将流速仪探头安置在采样船上测量流速，多普勒流速仪探头传感器没入水中7cm左右，且多普勒流速仪探头传感器无法获取自探头开始以下20cm左右之间的水层的流速分布，因此，会造成表层27cm左右的盲区无法监测到流速。因此如何克服这种缺陷使得多普勒流速仪探头可以测量水体表面流速是值得研究的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术不足，提出一种适用于测定水体表面流速且能获取三维流速分布的倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置，其特征在于：包括设置在水中底泥上方的底座，所述底座上连有多普勒流速仪探头，所述多普勒流速仪探头的传感器向上设置，所述底座上连有若干根连接杆，所述底座上连有若干根支腿，水体表面上方设置有蓄电池和计算机，所述蓄电池通过电源线与多普勒流速仪探头相连，所述计算机通过数据线与所述多普勒流速仪探头连接，所述电源线和数据线设置在电缆中。

所述底座为三角底座。

所述连接杆的个数为3个，所述连接杆通过螺纹可拆卸连接在所述底座上。

所述支腿的个数为3个，所述支腿与所述底座可拆卸连接。

所述连接杆表面沿垂向标有刻度。

所述连接杆由多根连接杆单体首尾相接而成。

所述支腿上绑有安全绳。

一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量方法，包括以下步骤：

S01，将支腿固定在底座上，将多普勒流速仪探头安装在底座上，将连接杆旋紧在底座上，多普勒流速仪探头与蓄电池用传输电缆连接，多普勒流速仪探头与计算机用传输电缆连接，安全绳一端拴在支腿上，一端拴在水面上；

S02，手持连接杆，将装置竖直向下插入水中，使得支腿插入底泥，根据多普勒流速仪探头与水面所需的距离对连接杆上的刻度进行读数，使得该距离满足测量要求，后将连接杆旋松脱离底座；

S03，启动计算机、多普勒流速仪探头、多普勒流速仪探头操作软件，测量流速；

S04，流速测量完毕，关闭仪器，利用绑置于支腿上的保护绳将测量装置取回，拆分测量装置，对测量装置进行清洗、擦干操作；之后，将测量装置所有部件装箱，以便进行下一次流速测量。

本发明的有益效果：本发明改变了将流速仪探头安置在采样船上测量流速的创造方法，创新性地将金属配件与多普勒流速仪探头有机地组装成可以测量水体表面流速的测量装置，满足了测量水体表面流速的需求。首先，本发明试验装置，弥补了常规流速测量方法不能获取表面流速分布的缺陷，可以不遗漏地记录表面流场。其次，连接杆、支腿和三角底座等金属配件小巧便于携带，可以随装随用，适合野外工作。

附图说明：

图1是本发明一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置的结构示意图；

图2是为本发明实测水体表面及其他水深处流速的结果。

附图标记说明：1-多普勒流速仪探头；2-底座；3-连接杆；4-支腿；5-电缆；6-蓄电池；7-计算机；8-保护绳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种倒置多普勒流速仪探头测量水体表面流速的测量装置，包括倒置的多普勒流速仪探头1及其配套的装置。多普勒流速仪探头1是向水中发射固定频率的声波短脉冲的仪器，在测量流速的过程中倒置，传感器向上正对水面方向，多普勒流速仪探头为美国加利福尼亚LinkQuest公司生产的FlowQuest 2000，选取的测量间隔为最小测量间隔(13cm)。

配套的装置包括底座2、连接杆3、支腿4、电缆5、蓄电池6、计算机7和保护绳8。其中，底座2作为支架，用于固定多普勒流速仪探头1，具体为三角底座。底座2位于水中底泥上方，多普勒流速仪探头1设置在底座2上，底座2上的三角处连有三根连接杆3，连接杆3作为水深测量和牵引的装置，用于记录水深使得操作人员可以控制普勒流速仪探头1的下沉方向。连接杆3由多根连接杆单体首尾相接而成，连接杆3通过螺纹连接在底座2上，方便拆卸，连接杆3 表面沿垂向标有刻度。

底座2下的三角处可拆卸连接有三根支腿4。支腿4长度在20～30 cm，需大于最小测量间隔(13cm)；安置测量装置时多普勒流速仪探头1与水面所需的距离为测量间隔整数倍+表面水层厚度(1cm左右)，依据连接杆3上刻度控制多普勒流速仪探头1距离水面的位置，如果距离过小，则继续将连接杆向下插入，如果距离过大，则向上移动连接杆，使得多普勒流速仪探头1的潜水深度与测量水体表面流速所需的距离相等，并且调整三根连接杆3的最上端在同一个水平面内。

水体表面上方设置有蓄电池6和计算机7，蓄电池6通过电源线与多普勒流速仪探头1相连，为多普勒流速仪探头1提供电能，计算机7通过数据线与多普勒流速仪探头1连接，计算机7用于向多普勒流速仪探头1发出操作命令，接收多普勒流速仪探头1的测量数据，并对其进行相应的处理分析，电源线和数据线设置在电缆5中。支腿 4上绑有安全绳8，方便测量装置取回。

本发明的工作方法包括以下步骤：

第一步，将支腿4固定在底座2上，将多普勒流速仪探头1安装在底座2上，将连接杆3旋紧在底座2上，多普勒流速仪探头1与蓄电池6用传输电缆连接，多普勒流速仪探头1与计算机7用传输电缆连接，安全绳8一端拴在支腿4上，一端拴在水面上。

第二步，手持连接杆3，将装置竖直向下插入水中，使得支腿4 插入底泥，根据多普勒流速仪探头1与水面所需的距离对连接杆3上的刻度进行读数，使得该距离满足测量要求，后将连接杆3旋松脱离底座2。

第三步，启动计算机7、多普勒流速仪探头1、多普勒流速仪探头操作软件，测量流速。

第四步，流速测量完毕，关闭仪器，利用绑置于支腿4上的保护绳8将测量装置取回，拆分测量装置，对测量装置进行清洗、擦干操作；之后，将测量装置所有部件装箱，以便进行下一次流速测量。

使用本发明进行实测，将流速仪安置于太湖贡湖湾北岸处测量了实时风场及监测流场，测量范围为水面以下1cm至144cm，测量间隔为13cm。结果如图2所示。由图2可知，本发明可以测出水下1cm 及更深处的流速信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。