温盐深剖面仪

导言分层是基于物质密度的分离和分层—当水被加热时，它的密度会降低，因此当地表水被太阳加热时，这种分层就会出现在我们的供水水库中。这种情况每年都会在一定程度上发生，但在较为温暖的月份会更加明显和持续。虽然这是一种自然现象，但它可能会带来一系列负面影响，我们必须采取措施来避免水质问题。分层水库的一个问题是，沉淀到底部的较冷的水无法循环到表面，因为它实际上被“困”在较暖的水下面。这阻止了水变成含氧的更新，因此降低了溶解氧(DO)的水平。在这种低DO环境中，像锰和铁这样的金属很容易从它们在沉积物中的固态变成溶解态，进入水柱，然后进入处理厂，见图1。有些处理厂有处理溶解金属的设备处理水源水中的溶解金属，但肯定不是全部。如果它们处于溶解状态，会产生显著的味道和气味问题，并在供应系统中氧化，导致水体感观问题分层造成的另一个可能的问题是藻华的形成。温暖的地表水促进了藻类的生长，稳定的环境使藻类聚集在水库的最佳水体区域内并促使`茁壮成长。蓝藻尤其令人担忧，因为它不仅会产生味觉和气味问题，还会产生对人和动物有害的毒素.图1中显示了水库的分层、相对溶解度和金属在缺氧环境中的溶解情况解决这些问题的一个非常有效的方法是使用曝气器，它将水层混合，使整个水柱的温度相近，水变得均匀,含氧量均化。虽然消除了分层的问题，使用曝气混合器费用昂贵和需要高强度维护量，需要分层水质数据的来判断曝气机使用的时间,水层位置和工作模式.水质垂直分析系统(VPS)的应用一个垂直水质分析系统VPS是位于水库表面的固定浮标。如图2所示，浮标上安装了多参数水质测量仪，并定期将其降低到水库通过不同的水层收集多点的数据。采集的数据包括温度、浊度、pH、DO、总藻、蓝绿藻。然后，我们就可以实时查看数据，将其作为一组图表，从上到下监控水库的水质变化趋势.图2中显示垂直水质剖面VPS仪器安装在浮标上，以及EXO主机和传感器水库水质分层的曝气混合在墨尔本的供水系统中，几个主要的饮用水储备水库都有季节性的曝气装置。它们可以防止在夏季发生分层，从而降低由铁和锰引起的脏水事件的风险。近年来，墨尔本水务公司在几个水库里安装了垂直剖面系统(VPS)，增加了详细的实时水质数据.休格洛夫水库是墨尔本最大的水库之一，容量96GL，最大水深75米。从历史数据看，在一年中较温暖的月份里，水库需要定期、持续的机械混合。.来自休格洛夫水库垂直水质剖面(VPS)的数据，形成的模型可以预测水库在不同环境和曝气运行条件下的响应，控制增氧机运行周期和工作模式。完成水库的分层区域充分混合,维持一个间歇运行,节约能源。图3.增氧机稳定运行6个月(当前运行，显示最佳混合) 图4.连续运行曝气器3个月，然后在接下来的3个月以12小时的开关周期运行总结试验期间水库垂直水质剖面VPS的水质数据,有效监控水库水体的水质分层的变化趋势.垂直水质剖面的温度数据指导曝气机间歇操作，充分实现了水体的混合，避免产生水质问题.YSI的水质剖面仪能实现的水体剖面的自动准确定位,完成重现性的水体剖面深度定位的水质参数测量.EXO2的传感器监测水库水体剖面的原位水质数据,充分反映湖泊的水质变化，垂直系统能满足水库（垂直水柱的不同水深）的数据变化的测量的需要,保证饮用水的安全.

一种实用的水流和波浪测量解决方案Argonaut-XR为水流剖面应用提供了非凡的价值。Argonaut-XR的小尺寸 、 坚固的构建质量和灵活的编程选项使它对于实时操作和自主部署都非常有吸引力。具有独立于流速剖面的主测量单元， Argonaut-XR可以是单元水流计，也可以是剖面仪，或者两者兼备。例如， 除了可以编程系统进行流速剖面之外，还可以设置固定大小和在水柱中的任何位置的动态测量单元， 测量单元也可以配置为随着水位的变化而改变其大小或位置（自动潮沙功能）。基本的自主配置包括外部电池 、内部记录器 、罗盘／倾斜传感器 、压力和温度传感器。增加SonWave包或温盐传感器等选件， 使Argonaut-XR成为整个海洋系统的核心。

摘要：新一代走航式声学多普勒水流剖面仪M9克服了早期仪器的缺陷，采用多频、智能的多种工作模式，解决了困惑水文的高、低流速测流难题。M9灵活的配置，考虑不同用户的需求，可实现无线通讯、内置GPS、遥控，解决河床走底引起的多普勒流速仪流量测验误差。列举了各种不同条件、环境的河道，采用 M9实测的案例，显示了该仪器的优异性能。关键词：M9；多频；智能；脉冲相干、宽带、窄带多种工作模式自动切换；高、低速测流前言采用多普勒频移原理研制的走航式声学多普勒水流剖面仪，应用于水文测验已经有二十多年的历史。由于制作复杂、生产成本高、以及使用量不大等原因，世界上能够生产该类仪器的著名厂家仅为可数的几家，而且基本上集中在美国。近几年，国内部分厂家开始研制类似产品，并陆续投放市场。二十余年来，厂家历经了数次的改进，生产出了不少型号和不同工作频率的仪器，供不同条件和环境下的使用。其性能虽有了很大的提高，但因为最初的设计是针对海洋测流需要，这对于在内河河道上的使用，带来了一些不足；在水文测验中还是感到有些不尽人意。一直以来，困惑水文的高、低流速测流难题，仍然没有给出有效的解决方案。经过多年的研究和总结了目前所有多普勒流速仪产品存在的问题；美国赛莱默公司旗下的SonTek 公司在2009年开发出了最新一代的走航式声学多普勒水流剖面仪 M9/S5。经过数年多在世界各地的实际使用和比测，效果非常之好，成为了目前世界上最先进的一种声学多普勒流量计。M9 的技术指标和配置 考虑到不同用户的需要，M9系列的仪器有着灵活的配置。其标准配置为：仪器主机＋10米电源/通讯电缆线（可延长）；可安装在船舷边使用；实现主机与计算机之间的直接通讯。若装备有小型载体（船体）时，可配置无线电台的通讯方式，通讯距离可达1500米，实现主机与计算机之间的无线通讯。为了满足在河床走底情况下测流的需要，还可以选配内置的 GPS，有二种供选择；即 SonTek 的DGPS（亚米级精度），和SonTek 的RTK GPS（0.03米精度）。此外，M9/S5系列的仪器还可以配置SonTek自行研制的单体船，以及其它公司配套的三体船或自带动力的遥控船；这种浮体保证了仪器在测量时的平稳和较小的仪器入水深度。从上述技术指标可以看到，M9 从很浅的不到0.3米处河岸开始测量，一直到最深达80米的河床深度，仍然可以一次完成测量并计算出该测流断面的流量，这大大满足了全世界 85 % 以上河道测流的需求。M9/S5 的特点和优势作为一种全新的M9/S5，实际上是一款专为河流流量测验所设计的仪器。与老一代所有现有的多普勒流速仪相比，有以下几个特点：1、多种频率换能器的配置。4个一组的二种不同频率换能器用于流速的测量，满足了从浅水到深水的不同河床条件，只用一款仪器进行流量测验的需要。2、垂直声波探头专用于水深的测量。改变了原先采用斜向测速声波测量流速的同时，测量水深的方法。直接提高了水深的测量精度，以及流量的测量精度。500KHz工作频率的波束使得仪器的测量范围增加到80米之深。3、全自动的测量方式，有四种自动转换的功能工作模式的自动转换。仪器采用了一种 SmartPulseHD智能脉冲功能，基于实测动态的水深和流速，自动地选择 脉冲相干（PC）工作模式、或 宽带工作模式、或 窄带工作模式，这三种不同的工作模式都有其优点和弱点。M9/S5充分发挥了各种模式的优势，自动切换，使得仪器始终处于高分辨率的最佳性能比。? 测量单元的自动转换。可根据实测水深和流速，自动选择从0.02～4米的测量单元。保证在浅水时具有很高的分辨率；在深水时有更大的测量范围。? 二种不同频率换能器工作状态的转换。可根据实测的水深和流速，在浅水时采用高频的3MHz换能器测量流速，在深水时采用低频的1MHz换能器测量流速；仪器始终保持最佳的工作状态。? 采样频率的自动转换。可根据水深的变化，自动调整仪器每秒钟的采样频率，其最高采样频率达到 70Hz。在水深变化的情况下，尽可能地获取更多的采样数，以提高仪器的测量精度。以下图为例，在同一个测流断面上，用二种不同的仪器测量的成果。上图是采用老一代多普勒流速仪实测的成果；下图是M9 采用智能脉冲功能所表现的高分辨率，犹如HD“高清电视”的效果。测量精度大为提高。4、仪器内部的流量计算功能。内置微处理器直接计算流量数据，而不再依赖于外部的计算机和测量软件进行实测数据的处理和计算。M9在测量过程中，即使通讯中断，也不会影响到测量的过程，更不会因此而丢失数据。仪器测量运行时甚至可关闭计算机；而重新开机通讯后仍可获得全部数据。大大提高了测量的可靠性。16G内存可用于保存实测的流速、水深流量、GPS等大量数据5、可内置的GPS，满足了在走底河床情况下，仍然采用声学多 普勒 原理测量流量的可能性，而不必过虑因为采用外置GPS 所带来的不兼容等问题的困惑。SonTek 自行研制配套的DGPS（亚米级精度），和RTK GPS（0.03米精度），不同于市场上所选用的各种型号的GPS。DGPS不需要寻找地面上设置的基站，直接接收地球上空静止卫星的差分信号，以获得差分GPS 的精度。RTK GPS也不需要地面上已知点的支持，而自行在河岸的任何开阔处设立一个RTK基站。使得仪器的使用非常之灵活和简单。保证了在走底河床情况下的正确测流。6、多种通讯方式 － 有线与无线的选择。对于无线通讯，也可以根据需要，采用无线电台的通讯方式。有效的通讯距离达1500米。除了可使用计算机与主机之间的通讯之外，还可以采用平板电脑来控制主机测量的开始和结束，并在平板电脑屏幕上给出实测的各种数据、航迹和图表。使用非常方便。7、支持多国语言的操作、数据处理的计算机软件。可提供大量的实测数据，和经过计算、分析后的数据，同时提供多种方式，方便用户自行修正和处理数据。软件还可用于控制、下载、查看、分析数据等。