多普勒剖面流量（H-ADCP）监测系统详解（智慧灌溉系统）

多普勒剖面流量监测系统（Horizontally-Acoustic Doppler Current Profiler，简称 H-ADCP）是一种采用声学多普勒技术来测量水体中流速分布的设备。其工作原理基于多普勒效应，即发射频率已知的声波经过水体中移动的颗粒反射后，频率会发生变化，通过接收这些变化的声波并分析其频率偏移，可以得出水流的速度和方向信息。

H-ADCP 通过水平发射和接收声波来获取一定宽度范围内水流速度剖面信息，因此它可以在不同深度上提供跨越整个河道宽度的流速数据。这样的特点让其成为监测大型河流、海洋和其他宽广水域的理想设备。H-ADCP 通常安装在水边的固定点，或者悬挂在桥下，以实现连续的水流监测。

该系统通常用于以下几个方面：

河流流量监测：持续监测河流中的流速和流量，对于水资源管理、洪水预警和水电站运行都至关重要。
环境研究：研究水流的速度剖面对于了解水体的物理动力学和生态环境具有重要作用。
海洋工程：在港口和航道的建设、维护中，对水流的掌握可帮助规划航线和确保航行安全。
水质监测：流速对于溶解氧分布、污染物扩散等水质指标有着直接影响，监测流速有助于水质管理。

H-ADCP 能够提供比传统流速仪（如浮标和转杯式流速仪）更加精确和全面的数据。使用 H-ADCP 可以有效地减少人力和物力的投入，实现自动化、连续化和信息化的水流监测。

1 多普勒剖面流量（H-ADCP）监测系统组成

多普勒剖面流量（H-ADCP）监测系统主要由现场监测设备、远程监测设备、通信平台和监测中心四部分组成。

现场检测设备：由固定式多普勒剖面流量计（H-ADCP）组成，负责计量明渠水位、流速、流量数据。
远程监测设备：即监测终端（太阳能供电型），负责采集现场检测设备检测到的数
据信息，并通过 4G 网络将现场信息传送给监测中心。
通信平台：包括 4G 网络和 Internet 网络（监测中心需办理固定 IP）。各明渠的水位、流速、流量数据和现场图片经 4G 网络传输到 Internet 公网，并通过固定 IP 地址传送给监测中心服务器。
监测中心：包括交换机、服务器、UPS 电源等硬件设备和操作系统、数据库、明渠监测系统等软件组成。

2 多普勒剖面流量（H-ADCP）监测系统原理

声学多普勒剖面流量计(ADCP)是利用声学多普勒效应进行测流的。从设备的换能器发生一定频率的脉冲，当该脉冲碰到水中的发射物体（如悬浮物质）后产生回波信号，该回波信号被声学多普勒流速仪接收。悬浮物质会随水流而漂移，从而产生多普勒效应（即回波信号额频率与发射信号的频率之间产生一个频差），通过测量得到的多普勒频移可得到相应点的流速。

声学多普勒流量仪安装有 2 个换能器，换能器与安装中心轴线有一定的夹角，每个换能器既是发射器又是接收器。换能器发射的声波能集中于较窄的范围内也称为声束。假定悬浮物质的运动速度和水体流速相同，当悬浮物质的运动方向是接近换能器时，换能器接收到回波频率比发射波的频率高；当悬浮物质的运动方向是背离换能器时，换能器接收的回波频率比发射频率低。声学多普勒频移，即发射声波频率与回波频率之差：

Fshift/n= -2* Fsource* (Vn/C) Vh= f(V1,V2,…Vn);

VC= f(Vh，h); S= f(H，W);

Q = VC *S;

Fsource：发射的超声波频率（Hz）
Fshift/n：第 n 剖面的返回频率改变量（Hz）
C：声速（m/s）
V：反射面的水流速度（m/s）
Vh：ADCP 所在水层的平均流速（m/s）
Vc：河道平均流速（m/s）
H1：河水距离剖面仪的高度（m）
D1：分层的层间距（m）
W1：河水的宽度（m）
S：河道断面面积
Q：河道的总流

3 多普勒剖面流量（H-ADCP）监测系统安装

H-ADCP（Horizontally-Acoustic Doppler Current Profiler）的安装方式多样，取决于监测地点的特点和需要收集数据的类型。以下是几种常见的安装方式：

（1）侧装。河道斜坡滑梯式安装和河道斜坡塔架式安装

（2）底部安装

4 多普勒剖面流量（H-ADCP）监测系统参数

略，见附件。

方案详细说明了如何改善农业灌溉用水的问题，提高水资源利用率，并对相关的技术规范进行了详细阐述。附件文档也包含了明渠流量监测系统、支渠流量监测、管道式流量监测系统等多个方面的设计原理、技术参数、安装指南等实操信息。此外，文档还提供了关于智能测控闸门的详细介绍……

灌区量测水设施项目技术方案.pdf
一、编制依据及说明 4
1.1 编制说明 4
1.2 编制依据 4

二、项目概述 4
2.1 项目背景 4
2.2 需求分析 5
2.3 建设任务 5
2.4 建设内容 6

三、系统设计 1
3.1 设计原则 1
3.2 设计依据 2
3.3 总体架构 3
3.4 系统划分 5

四、站点设计 6
4.1 主干渠流量监测 6
4.1.1 轨道车自动流量监测系统 7
4.1.2 多普勒剖面流量（H-ADCP）监测系统 16
4.2 支渠流量监测 3
4.2.1 多声道时差法流量监测系统 3
4.2.2 管道式流量监测系统 10
4.2.3 雷达流量监测系统 28
4.2.4 多普勒流量监测系统 35
4.3 一体化闸门控制 42
4.3.1 系统介绍 42
4.3.2 编制规范及依据 42
4.3.3 智能测控闸门系统构成与技术参数 43
4.3.4 土建工作 46
4.3.5 安装效果示意图： 47
4.3.6 设备清单 48
4.4 水雨情监测系统 48
4.4.1 系统组成 48
4.4.2 技术参数 50
4.4.3 安装设计 54
4.5 视频监控 58
4.5.1 系统设计 58
4.5.2 技术参数 59
4.5.3 安装设计 62

五、监测点供电、通讯、避雷建设设计 64
5.1 太阳能板的安装 64
5.2 通讯子系统 66
5.3 防雷配套设计 68

六、现场安装图片 70
6.1 明渠自动流量监测站 70
6.2 移动式明渠自动流量监测站 71
6.3 监控一体化闸门 72
6.4 管道式流量监测站 74