孫劍雄 ，張文祥* ，史本偉,2 ，汪亞平 ，黃遠(yuǎn)光

（1. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200241；2. 自然資源部 海岸帶科學(xué)與綜合管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266061）

河口海岸潮間帶淺水區(qū)域地形的沖淤和微地貌的變化，是沉積動(dòng)力學(xué)研究的熱點(diǎn)。了解潮間帶淺水區(qū)域沖淤的時(shí)空變化規(guī)律對(duì)潮灘地形地貌演變研究和海岸工程防護(hù)具有重要指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于潮間帶淺水區(qū)域沖淤變化研究，Yang等[1]通過對(duì)比不同時(shí)段的數(shù)字化海圖來判斷潮間帶向海淤積或是向陸侵蝕，并通過對(duì)比0 m線所在位置來判斷潮間帶的沖淤變化，但是這種方法很難揭示潮間帶區(qū)域沖淤變化的具體細(xì)節(jié)。張曉冬等[2]通過遙感影像提取海灘水邊線，以此來分析整個(gè)潮間帶的沖淤變化，但是由于遙感影像為垂直視角且受光線影響等，其反演精度仍有待提高。沉積物沉積速率研究中廣泛采用的方法有同位素測年法。王愛軍等[3]利用210Pb和137Cs的半衰期測量了沉積物數(shù)十年尺度的沉積速率，但是對(duì)于潮灘的侵蝕過程而言，該方法并不適用。Yang等[4]和Fan等[5]在灘面出露期間采用雙樁法測量了灘面局部高程變化，但由于潮間帶寬廣、灘面植被發(fā)育以及灘面質(zhì)地松軟等因素影響，難以保證連續(xù)準(zhǔn)確的觀測要求，觀測效率也有待提升。Yang等[6]、謝衛(wèi)明等[7]和Mancini等[8]利用RTK-GPS和三維激光掃描儀測量了灘面高程變化，盡管RTK-GPS技術(shù)很大程度上提高了觀測效率，但其點(diǎn)位式的觀測方式仍然無法滿足淺水區(qū)域的實(shí)時(shí)觀測要求。三維激光掃描儀可以快速獲取大面積、高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，滿足高精度、大面積的測量要求，但無法揭示潮水淹沒期間以及風(fēng)暴潮時(shí)期底床的動(dòng)態(tài)沖淤變化信息。

近年來，聲學(xué)技術(shù)的發(fā)展催生出了一種可以準(zhǔn)確、連續(xù)觀測淹沒期間底床沖淤變化的方法[9-10]。聲學(xué)三維多普勒流速儀（Acoustic Doppler Velocimetry，ADV）被廣泛應(yīng)用于近底邊界層以及潮間帶淺水區(qū)域的沉積動(dòng)力過程研究中[11-13]。國外，Salehi Mehrdad等[14]在San Jacinto河口區(qū)設(shè)立了3個(gè)不同動(dòng)力環(huán)境的觀測站點(diǎn)，利用ADV進(jìn)行水動(dòng)力數(shù)據(jù)采集；國內(nèi)，Wang等在長江口和江蘇沿岸淤泥質(zhì)潮灘上利用ADV開展了一系列潮間帶沉積動(dòng)力過程的先驅(qū)研究[15-16]。ADV不僅可以通過高頻采樣（最高64 Hz）獲得某一高度水體紊動(dòng)信息，同時(shí)，還可以對(duì)中間傳感器信息進(jìn)行提取，獲得高頻率底床高度的變化[13,17]。Shi等[18-20]也利用ADV在野外開展了多項(xiàng)研究，但在分析野外現(xiàn)場數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一些異?，F(xiàn)象：①在長時(shí)間的野外觀測中，隨著時(shí)間的推移，發(fā)現(xiàn)有時(shí)在水動(dòng)力較弱的環(huán)境下，測量結(jié)果卻顯示底床發(fā)生了較大的侵蝕（超過10 cm），這與水動(dòng)力較弱時(shí)常常發(fā)生淤積的情況不相符；②在儀器正常的流速測量范圍內(nèi)，得到的底部高程變化數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)發(fā)生異常跳動(dòng)，甚至突變?yōu)?，經(jīng)過一段時(shí)間后，數(shù)據(jù)又恢復(fù)正常。作為上述工作的延續(xù)，我們對(duì)異常現(xiàn)象進(jìn)行了分析，認(rèn)為可能的原因有：①ADV換能器距離底床高度的測量可能具有一定的適用范圍，野外現(xiàn)場底床的沖淤變化造成底部高度超出了儀器的測量范圍；②由于野外現(xiàn)場泥沙量豐富、泥沙顆粒小，在水動(dòng)力較強(qiáng)的情況下，水平輸運(yùn)以及局地再懸浮會(huì)引起水體中含沙量激增，影響到ADV測量信號(hào)的接收。為驗(yàn)證上述原因是否會(huì)造成ADV測量異常，本文從設(shè)計(jì)ADV室內(nèi)試驗(yàn)出發(fā)，研究ADV測量底床高度變化的可行性及準(zhǔn)確性，以期為野外環(huán)境下ADV的布設(shè)以及底床高度變化信息提取提供參考。

1 試驗(yàn)原理與方法

野外環(huán)境下，ADV測量會(huì)受到儀器姿態(tài)、底床沖淤變化、水體含沙量及水體紊動(dòng)等多因素的影響。為了確定單一變量對(duì)ADV測量帶來的影響，本研究通過室內(nèi)試驗(yàn)來控制儀器姿態(tài)和水體紊動(dòng)，探究底床沖淤變化和水體含沙量對(duì)ADV測量的影響，還原ADV在野外真實(shí)的工作環(huán)境。

1.1 試驗(yàn)原理

聲學(xué)三維多普勒流速儀ADV利用多普勒效應(yīng)測量水流速度，方法是換能器發(fā)送一個(gè)短時(shí)間脈沖，傳感器通過接收回聲并測量回聲的音調(diào)或頻率的變化來獲取水體流速信息（圖1）[21]①Nortek Inc. Vector current meter user manual, 2005.。本次試驗(yàn)采用的儀器為挪威Nortek“威龍vector”，主要獲取距離換能器157 mm處水體的三維流速信息（圖1a），該儀器不僅可以測量水體的流速信息，還可以獲取底床沖淤變化信息。在每個(gè)采樣周期開始和結(jié)束時(shí)儀器換能器均會(huì)發(fā)射一束聲波信號(hào)，聲波信號(hào)在接觸到底床后發(fā)生反射，通過計(jì)算傳感器接收到的反射信號(hào)強(qiáng)度及時(shí)間差，從而得到換能器與底床的相對(duì)高程（圖1b）。

圖1 ADV測量過程及相關(guān)參數(shù)Fig. 1 Process and related parameters of ADV measurement

1.2 野外觀測

2017年10月20日至10月28日在長江口南槽開展了定點(diǎn)觀測（圖2a），采用三腳架坐底觀測系統(tǒng)搭載ADV和激光邊界層懸浮剖面測量儀ASM-Ⅳ（Argus Surface Meter IV）（量程為0～4 000 NTU）獲取野外現(xiàn)場流速、底床相對(duì)高度以及含沙量數(shù)據(jù)，并采集野外現(xiàn)場底質(zhì)樣品和懸沙水樣用于室內(nèi)儀器的標(biāo)定工作。三腳架上儀器距離底床高度如圖2b所示。

圖2 野外觀測站位和儀器布設(shè)高度Fig. 2 Location of field observation station and instrument layout height

1.3 室內(nèi)試驗(yàn)

1）試驗(yàn)一

選取2臺(tái)威龍vector ADV（編號(hào)為 5653 和 4846）進(jìn)行試驗(yàn)，儀器采樣頻率為1～64 Hz，最大適應(yīng)水深為300 m。為盡可能多地采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，采樣間隔設(shè)置為10 s，采樣數(shù)為80個(gè)（表1）。本試驗(yàn)在圓柱形桶內(nèi)進(jìn)行（圖3），為更好地還原野外現(xiàn)場底質(zhì)環(huán)境，試驗(yàn)開始前在桶內(nèi)底部鋪上50 mm厚的野外現(xiàn)場底質(zhì)樣品，然后將ADV固定在桶內(nèi)的支架上，向桶內(nèi)緩慢注入清水，使ADV完全淹沒在清水之中。試驗(yàn)開始時(shí)，換能器距離桶底部高度50 mm處，等待ADV測量2 min后，提升換能器高度10～20 mm，等待ADV測量2 min后再次提升換能器高度，由此往復(fù)，直至換能器高度達(dá)到500 mm左右時(shí)結(jié)束試驗(yàn)記錄。每次提升換能器高度后都會(huì)通過刻度尺（精確到mm）測量換能器距離桶底部的高度，并記錄為人工測量ADV換能器距離底部的實(shí)際高度（H）。ADV在2 min內(nèi)共記錄到12組數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)12組數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，結(jié)果記錄為儀器測量ADV換能器距離底部高度（h）。為了驗(yàn)證儀器自身記錄數(shù)據(jù)h和人工實(shí)測數(shù)據(jù)H是否一致，按照時(shí)間將H與h進(jìn)行對(duì)應(yīng)，并做散點(diǎn)分布圖，比較兩者之間的差距。

圖3 室內(nèi)試驗(yàn)Fig. 3 Indoor experiments

表1 ADV參數(shù)設(shè)置（burst模式）Table 1 Settings of ADV parameters (burst pattern）

2）試驗(yàn)二

使用濁度傳感器OBS-3A（美國, Compbell）測量水體濁度，固定OBS-3A和ADV于圓柱形桶內(nèi)，保證OBS傳感器、ADV換能器以及桶內(nèi)取水口三者高度平齊（高度為距離桶底部20 cm），將野外現(xiàn)場采集的高含沙量渾濁水體注入到桶內(nèi)并攪拌均勻，經(jīng)過濁度傳感器測量，濁度值最高達(dá)到4 899 NTU，攪拌均勻后靜置水體開始試驗(yàn)測量。通過濁度傳感器實(shí)時(shí)讀數(shù)記錄各時(shí)間段取水口處水體濁度，同步打開取水口進(jìn)行水樣采集，直至水體清澈后停止試驗(yàn)記錄。后續(xù)對(duì)采集的水樣進(jìn)行抽濾、烘干、稱重，確定各時(shí)間段水體的含沙量。根據(jù)試驗(yàn)記錄的水體采樣時(shí)間，同步到儀器高度記錄數(shù)據(jù)，提取出各時(shí)間段儀器測量到的換能器距離底部高度h。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)二中濁度傳感器測量了水體的渾濁程度，單位為NTU，通過儀器標(biāo)定關(guān)系式將濁度值轉(zhuǎn)換成水體的含沙量（圖4）。按照試驗(yàn)時(shí)間將ADV內(nèi)部vhd文件記錄的換能器距離底部高度h與水體含沙量大小進(jìn)行對(duì)應(yīng)，確定不同含沙量情況下儀器測量結(jié)果。

圖4 濁度傳感器室內(nèi)標(biāo)定曲線Fig. 4 Indoor calibration curve of turbidity sensor

對(duì)野外現(xiàn)場采集到的ADV換能器距離底部高度h進(jìn)行提取，繪制底床相對(duì)高度變化的時(shí)序圖（圖5a）。室內(nèi)通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)將ASM-Ⅳ記錄的濁度值轉(zhuǎn)換成水體的含沙量，同步繪制出整個(gè)觀測期間水體含沙量的垂向變化（圖5b）。

圖5 野外實(shí)測底床相對(duì)高度和含沙量剖面變化Fig. 5 The changes of relative bottom bed elevation and sediment concentration profile were measured in the field

2 結(jié) 果

2.1 野外底床及含沙量變化

受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“蘭恩”影響，觀測點(diǎn)附近最大風(fēng)速達(dá)到16.5 m/s。10月20日至24日臺(tái)風(fēng)期間，由圖5底床相對(duì)高度和現(xiàn)場實(shí)測含沙量剖面分布可知，部分時(shí)段水體中含沙量較高，但換能器距離底床高度穩(wěn)定在380 mm附近。10月24日至26日臺(tái)風(fēng)過后，該時(shí)段觀測架附近出現(xiàn)浮泥層，含沙量超過了ASM-Ⅳ的最大量程，距離底床1 m范圍內(nèi)的水體含沙量由最低值0.12 kg/m3突增至12 kg/m3，并超出了ASM-Ⅳ的量程范圍，實(shí)際的含沙量超過了12 kg/m3。在該時(shí)段內(nèi)，ADV底床高度數(shù)據(jù)也未能獲得，導(dǎo)致了底床變化數(shù)據(jù)的不連續(xù)。由于受到浮泥層的影響，換能器距離底床高度由380 mm降低至280 mm附近，底床抬升了近100 mm。10月26日之后，懸浮在水體中的沉積物由于沉降和海流輸運(yùn)作用，水體含沙量下降，換能器距離底床高度穩(wěn)定在300 mm左右。

2.2 室內(nèi)ADV測量

2.2.1 ADV底部高度測量

圖6為試驗(yàn)一中人工實(shí)測數(shù)據(jù)（H）與儀器自身記錄數(shù)據(jù)（h）的散點(diǎn)分布。由圖6可見， 2個(gè)不同編號(hào)儀器記錄的數(shù)據(jù)中，H在第16次時(shí)發(fā)生“轉(zhuǎn)折”，當(dāng)150 mm≤H≤370 mm時(shí)，H與h散點(diǎn)基本重合，該范圍內(nèi)人工實(shí)測距離H與儀器記錄距離h相同；當(dāng)H≤70 mm和H＞370 mm時(shí)，h均為0，該范圍內(nèi)儀器內(nèi)部vhd文件并沒有記錄到有效數(shù)據(jù)?？紤]到ADV內(nèi)部程序在該范圍內(nèi)可能會(huì)對(duì)底部實(shí)際高度產(chǎn)生誤判，從而造成測量高度h記錄為0。因此，通過人為處理記錄高程及回聲強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系的pck文件，提取并繪制出H=50 mm和H=410 mm時(shí)，ADV記錄的高程及回聲強(qiáng)度曲線圖（圖7）。當(dāng)H=50 mm時(shí)，圖7a和圖7e出現(xiàn)多處峰值，其中第二處峰值所對(duì)應(yīng)的距離D分別為43.5 mm和51.6 mm；當(dāng)H=410 mm時(shí)，圖7d和圖7h均只出現(xiàn)1處峰值，對(duì)應(yīng)的距離D分別為17.5 mm和18.1 mm。當(dāng)70 mm＜H＜150 mm時(shí)，該范圍內(nèi)H與h散點(diǎn)不重合，h明顯大于H，ADV內(nèi)部vhd文件記錄到的數(shù)據(jù)h不準(zhǔn)確（圖6）。通過計(jì)算h與H之間的距離差值Δh，建立H與Δh間的關(guān)系（圖8）。

圖6 人工實(shí)測距離與儀器記錄距離分布Fig. 6 Distributions of distance measured artificially and distance recorded by instrument

圖7 距離換能器不同高度處回聲強(qiáng)度曲線Fig. 7 Echo intensity curves at different heights away from the transducer

圖8H與Δh關(guān)系Fig. 8 Relationship between H and Δh

由圖8可見，Δh與H具有很強(qiáng)的相關(guān)性，Δh隨著H的增加而增加，相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.99以上。我們認(rèn)為在70 mm＜H＜150 mm范圍內(nèi)，距離差值Δh的大小受到H的控制。當(dāng)70 mm＜H＜150 mm時(shí)，同樣通過人為處理儀器內(nèi)部pck文件，提取并繪制出H=90 mm和H=110 mm時(shí)，ADV記錄到的高程及回聲強(qiáng)度曲線圖。當(dāng)H=90 mm時(shí)，圖7b和圖7f出現(xiàn)多處峰值，其中第二處峰值所對(duì)應(yīng)的距離D分別為85.6 mm和92.4 mm，第三處峰值所對(duì)應(yīng)的距離D分別為171.3 mm和239.3 mm。當(dāng)H=110 mm時(shí)，曲線圖與H=90 mm時(shí)類似，第二處峰值所對(duì)應(yīng)的距離D分別為112.7 mm和115.7 mm，第三處峰值所對(duì)應(yīng)的距離D分別為230.7 mm和300.1 mm。

2.2.2 含沙量對(duì)ADV測量的影響

試驗(yàn)二中桶內(nèi)泥沙攪拌均勻后靜置，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行泥沙緩慢沉降，水體含沙量逐漸減小（圖9）。停止攪拌時(shí)，水體含沙量最大，達(dá)到23.99 kg/m3；試驗(yàn)記錄結(jié)束時(shí)，水體含沙量最小，為0.32 kg/m3。當(dāng)水體含沙量＞14.36 kg/m3，儀器記錄的高度均為0，此時(shí)儀器無法探測到換能器距離底部高度。當(dāng)含沙量＜14.36 kg/m3，儀器記錄到真實(shí)的換能器距離底部高度，并且換能器距離底部高度隨著含沙量的減小而逐漸減小。因?yàn)殡S著泥沙的沉降，桶內(nèi)泥沙逐漸堆積在底部，造成了換能器距離底部高度減小，底部泥沙的堆積高度為2.72 mm。

圖9 含沙量曲線變化Fig. 9 Variation curve of sediment concentration

3 討 論

試驗(yàn)一中采用了2個(gè)不同編號(hào)的ADV進(jìn)行試驗(yàn)，獲得的數(shù)據(jù)變化趨勢保持一致，可以排除不同編號(hào)的儀器對(duì)試驗(yàn)造成的影響。通過對(duì)比h和H發(fā)現(xiàn)，當(dāng)150 mm≤H≤370 mm時(shí)，h和H數(shù)值上相互吻合，認(rèn)為在該范圍內(nèi)ADV內(nèi)部vhd文件記錄的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，在野外現(xiàn)場安裝儀器時(shí)，保證換能器與底床距離在此范圍內(nèi)，儀器是能夠準(zhǔn)確記錄底床相對(duì)高程的變化。當(dāng)H≤70 mm和H＞370 mm時(shí)，儀器內(nèi)部vhd文件記錄的數(shù)據(jù)h均為0，可見在該范圍內(nèi)通過直接讀取儀器自動(dòng)記錄的h是無法獲取準(zhǔn)確的換能器距離底部高度數(shù)據(jù)。通過提取pck文件中高程及回聲強(qiáng)度曲線圖發(fā)現(xiàn)：當(dāng)H=50 mm時(shí)，曲線圖中出現(xiàn)多處峰值，因?yàn)閾Q能器與底床距離過近，信號(hào)經(jīng)過多次反射多次被傳感器接收，從而造成儀器無法判斷底床的位置。通過對(duì)比曲線圖中第二處峰值所對(duì)應(yīng)的距離D與換能器實(shí)際距離底部高度H，發(fā)現(xiàn)D=43.5 mm和D=51.6 mm與H較為接近（圖7a和圖7e），認(rèn)為當(dāng)H≤70 mm時(shí)，可以通過人為提取pck文件內(nèi)的信息，判斷第二峰值所對(duì)應(yīng)的距離D的大小，來彌補(bǔ)因ADV誤判造成數(shù)據(jù)的缺失。但是此方法還存在誤差，因此在野外安裝儀器時(shí)應(yīng)該避免換能器距離底部高度過近。當(dāng)H＞370 mm時(shí)，圖7d和圖7h均只出現(xiàn)一處峰值，所對(duì)應(yīng)的距離D分別為17.5 mm和18.1 mm，該距離約為換能器與傳感器的間距，不能被認(rèn)為是底床所處的高度。經(jīng)分析認(rèn)為，出現(xiàn)單峰值是由于底床與換能器距離過大，信號(hào)經(jīng)過衰減后無法被傳感器接收，造成儀器自動(dòng)記錄的h=0。當(dāng)70 mm＜H＜150 mm時(shí)，儀器記錄的數(shù)據(jù)h明顯大于實(shí)測數(shù)據(jù)H，如果利用該范圍內(nèi)儀器記錄的數(shù)據(jù)h做判斷會(huì)得出相反的結(jié)論。如在野外環(huán)境中，安裝的換能器與底床距離起始時(shí)是在150～370 mm的正常范圍內(nèi)，由于水動(dòng)力環(huán)境較弱，大量細(xì)顆粒沉積物在底床沉積，造成換能器與底床距離逐漸減小，當(dāng)換能器與底床距離減小至70～150 mm的范圍內(nèi)，儀器記錄的數(shù)據(jù)h會(huì)發(fā)生“跳躍”，顯著大于實(shí)際換能器與底床的距離。由于儀器記錄數(shù)值的突增，會(huì)被誤認(rèn)為研究區(qū)域發(fā)生了明顯的侵蝕事件，而實(shí)際上研究區(qū)域是逐漸淤積，由儀器自身造成的誤判。當(dāng)70 mm＜H＜150 mm時(shí)，突增量Δh受到H的控制，但是2次試驗(yàn)中Δh和H的表達(dá)關(guān)系式并不相同，由于不同編號(hào)儀器的表達(dá)式并不相同，在未知表達(dá)式的情況下，該范圍內(nèi)所測數(shù)據(jù)無法還原真實(shí)的換能器與底床的距離。但是通過提取pck文件內(nèi)部信息可以發(fā)現(xiàn)，曲線圖中第二峰值處所對(duì)應(yīng)的距離D均與實(shí)際高度H相接近，如H=90 mm時(shí)，2臺(tái)儀器對(duì)應(yīng)的距離D分別為85.6 mm和92.4 mm；H=110 mm時(shí)，2臺(tái)儀器對(duì)應(yīng)的距離D分別為112.7 mm和115.7 mm，對(duì)于野外現(xiàn)場觀測來說，誤差均在可接受的范圍之內(nèi)。因此，當(dāng)儀器內(nèi)部vhd文件記錄的數(shù)據(jù)h發(fā)生明顯“跳躍”時(shí)，應(yīng)該人為利用儀器內(nèi)部pck文件，提取出第二峰值處所對(duì)應(yīng)的距離D，來判斷vhd文件數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

通過對(duì)野外現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)分析，10月24日之前換能器與底床高度穩(wěn)定在（380±10） mm，受漲落潮的影響，底床高度有10 mm的變幅。對(duì)比室內(nèi)試驗(yàn)一結(jié)果可知，當(dāng)ADV記錄的結(jié)果處于340～370 mm時(shí)，換能器實(shí)際距離底部高度H和ADV記錄的數(shù)據(jù)h一致，認(rèn)為ADV在該范圍內(nèi)的記錄結(jié)果是真實(shí)的換能器距離底部高度。當(dāng)整體變化范圍處于370～390 mm，雖然室內(nèi)試驗(yàn)是在桶內(nèi)進(jìn)行的，跟野外環(huán)境相比，桶的直徑較小，桶內(nèi)空間有限，但當(dāng)換能器距離底部高度≥370 mm時(shí)，可能會(huì)造成信號(hào)在桶壁內(nèi)發(fā)生反射、吸收，并造成傳感器無法接收到信號(hào)，這種可能性需要后續(xù)試驗(yàn)進(jìn)一步研究。結(jié)合野外現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)儀器記錄的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，因此認(rèn)為該數(shù)據(jù)是較為可信的。10月26日之后，ADV記錄的數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定在300 mm，造成該結(jié)果存在2種可能：①換能器距離底床高度確實(shí)是300 mm，并被ADV準(zhǔn)確記錄到；②由于浮泥層的存在，底床淤高造成換能器距離底床真實(shí)的高度處于70～150 mm范圍內(nèi)，試驗(yàn)一表明ADV內(nèi)部vhd文件在該范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤記錄。結(jié)合野外現(xiàn)場含沙量分析，如果浮泥層的存在造成換能器距離底床高度處于70～150 mm范圍內(nèi)，那么相比之前而言，底床高度抬升了230～310 mm，那么放置在距底200 mm的ASM-Ⅳ探頭會(huì)被泥沙覆蓋，但是10月26日之后并未記錄到高含沙量事件的發(fā)生，所以可能性②被排除，野外現(xiàn)場ADV記錄的數(shù)據(jù)為真實(shí)的換能器距離底床高度。

通過試驗(yàn)二可知，ADV換能器距離底部高度的測量會(huì)受到水體含沙量的影響，當(dāng)水體含沙量超過14.36 kg/m3時(shí)，信號(hào)無法穿透高含沙量水體，反射信號(hào)無法被傳感器接收，導(dǎo)致儀器出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)為0的異常情況。野外現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)也驗(yàn)證了該觀點(diǎn)，實(shí)測含沙量超出了儀器的量程范圍，野外現(xiàn)場實(shí)際的含沙量＞12 kg/m3，高含沙量的時(shí)間段內(nèi)野外現(xiàn)場布設(shè)的ADV沒有記錄到底床高度數(shù)據(jù)。在野外高含沙量的水體環(huán)境中，通過ADV測量底床的變化仍有局限性。

4 結(jié) 語

用于野外現(xiàn)場觀測水體單點(diǎn)三維流速的ADV具有觀測底床相對(duì)高程變化的能力，在獲得高頻率水動(dòng)力數(shù)據(jù)的同時(shí)，可以同步獲得野外現(xiàn)場底床相對(duì)高程的變化，結(jié)合水動(dòng)力變化信息可以更加真實(shí)準(zhǔn)確地反映出底部邊界層沖淤變化信息。底床含沙量大小及變化影響ADV的測量結(jié)果，本次試驗(yàn)的泥沙顆粒中值粒徑為35.54 mm，平均粒徑為41.59 mm，在含沙量＜14.36 kg/m3時(shí)，ADV可以有效的獲得野外現(xiàn)場底床高度變化信息。因此，利用ADV野外測量的三維高頻流速，結(jié)合含沙量的大小和變化，以及同步獲得準(zhǔn)確的床面沖淤變化值來進(jìn)行床面侵蝕淤積的動(dòng)力機(jī)制分析，為河口潮間帶區(qū)域沉積動(dòng)力學(xué)研究提供一種新的手段。