水文纜道測流系統(tǒng)應(yīng)用分析

胡艷嬌 黃琦 田長濤

摘 ?要：纜道測流系統(tǒng)是信息化技術(shù)在水文測驗(yàn)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用手段之一，文章通過對HKL-4型纜道測流系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用分析，說明了使用該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，同時也提出了具體應(yīng)用注意事項(xiàng)和該系統(tǒng)的某些不足，為實(shí)際工作應(yīng)用該系統(tǒng)提供參考。

關(guān)鍵詞：纜道測流系統(tǒng);高水流量測驗(yàn);測驗(yàn)精度對比分析;使用條件;應(yīng)用建議

中圖分類號：P332 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2019）22-0165-02

Abstract： The cableway flow measurement system is one of the innovative application means of information technology in the field of hydrological testing. Through the application analysis of HKL-4 cableway flow measurement system， this paper illustrates the advantages of using the system， and puts forward some matters needing attention and some shortcomings of the system， so as to provide reference for the practical application of the system.

Keywords： cableway flow measurement system; high water flow test; comparative analysis of test accuracy; application conditions; application suggestions

前言

在高洪水文測驗(yàn)工作中，流量測驗(yàn)始終是監(jiān)測人員面臨的艱巨任務(wù)，其工作難度和風(fēng)險性均較大。由于北方河流洪水期水流速度快，洪峰持續(xù)時間短，流量大，洪水過程暴漲暴落，傳統(tǒng)水文測船或人工操縱手搖纜車測流方式不僅安全系數(shù)偏低而且測驗(yàn)過程費(fèi)時費(fèi)力，極易漏測洪峰或產(chǎn)生較大測驗(yàn)誤差，降低測驗(yàn)成果質(zhì)量。

隨著信息化技術(shù)在水文測驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用，水文纜道自動測流系統(tǒng)逐漸在各水文測站開始安裝使用，該系統(tǒng)具有安全、快捷、高效、準(zhǔn)確的使用特點(diǎn)，得以被迅速普及使用。本文以HKL-4微機(jī)控制纜道測流系統(tǒng)為例，進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用分析。

1 纜道測流系統(tǒng)功能簡介

纜道測流系統(tǒng)一般由：水文控制系統(tǒng)、數(shù)字絞車、鉛魚、信號系統(tǒng)、流速儀（adcp）組成?？刂葡到y(tǒng)通過伺服電機(jī)控制器、PLC模塊、組態(tài)軟件精準(zhǔn)控制運(yùn)行，測量結(jié)果通過系統(tǒng)軟件自動計(jì)算，生成水文標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表，上傳上級水文機(jī)關(guān)，打印紙質(zhì)報(bào)告。部分系統(tǒng)除了通過流速儀實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)法、兩點(diǎn)發(fā)、三點(diǎn)法的自動測流外，其創(chuàng)新點(diǎn)是可控制鉛魚沿水面水平運(yùn)行，在搭載ADCP多普勒流速剖面儀時，可以穩(wěn)定的將ADCP多普勒流速剖面儀沿水面斷面方向平行勻速移動。參數(shù)精度為：起點(diǎn)距0.1m，水深0.01m，起點(diǎn)距歸零誤差小于1%。水面、河底、流速信號可靠穩(wěn)定，不同方式測流結(jié)果誤差在2%以內(nèi)。水文數(shù)字控制絞車由起升系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、排繩系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及觸摸屏組成。鉛魚一般內(nèi)置ADCP安裝孔，可搭載流速儀和ADCP。鉛魚內(nèi)部主體灌注金屬鉛，圓柱形觸底翻轉(zhuǎn)桿在鉛魚接觸河底時，感應(yīng)接近開關(guān)，觸底翻轉(zhuǎn)桿可適用于任何河底狀況，并且不會鉤掛泥沙水草等雜物。信號系統(tǒng)置于鉛魚腹內(nèi)的發(fā)射裝置進(jìn)行信號發(fā)射，部分系統(tǒng)在垂掛鉛魚的鋼絲繩上加裝信號發(fā)射倉，鉛魚上的三個信號通過導(dǎo)線輸送到發(fā)射倉，同時采用太陽能電池板給蓄電池充電。將流速儀信號，水面信號和觸底信號通過發(fā)射倉的發(fā)射裝置發(fā)送給觀測房的接收裝置，由于信號通過空氣傳播，克服了信號不穩(wěn)定現(xiàn)象。

2 HKL-4測流系統(tǒng)工作原理介紹

軟件系統(tǒng)由VB程序語言編程控制，具備人機(jī)對話功能。硬件系統(tǒng)由控制臺、信號傳輸、設(shè)備輸送系統(tǒng)組成?？刂撇糠蛛娖髟捎萌蹼妷海?6V）?？刂葡到y(tǒng)有手動與自動相結(jié)合兩種方式，適合現(xiàn)場靈活選擇。系統(tǒng)工作流程大體是由各類傳感器獲取各類測量信號，通過傳輸系統(tǒng)經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件判斷后發(fā)給控制系統(tǒng)，通過圖文顯示的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理和計(jì)算分析，最后直接輸出測量成果，該系統(tǒng)屬初級普及型纜道測流系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例分析

水文纜道系統(tǒng)相比傳統(tǒng)測流方式雖然在安全性、便捷性、時效性方面有所特長，但在測驗(yàn)精度上始終存在一定的不足，主要體現(xiàn)在起點(diǎn)距水平距離測定、垂線水深量取、測速點(diǎn)定位等方面。因此部分河道斷面可能會不適合系統(tǒng)應(yīng)用，這就要求對系統(tǒng)要有足夠的使用分析和流量對比施測工作。

本文以黑龍江流域某大河站為例進(jìn)行分析，該站集水面積10271km2，斷面穩(wěn)定，控制良好，水位流量關(guān)系歷年呈單一線。在不同水位級共采用11次人工與系統(tǒng)自動測流過程進(jìn)行對比分析。分析項(xiàng)目分別是起點(diǎn)距測量對比、測點(diǎn)深對比、垂線水深對比和流量結(jié)果對比。采用相關(guān)圖的方式進(jìn)行分析評價，詳見圖1-圖4。

4 結(jié)束語

經(jīng)分析可知，纜道測流系統(tǒng)各項(xiàng)測量成果與常規(guī)實(shí)測結(jié)果相關(guān)關(guān)系較好，圖中關(guān)系點(diǎn)斜率接近于1，各項(xiàng)系統(tǒng)誤差均小于2%，說明該站中高水時期可以應(yīng)用纜道測流。測流系統(tǒng)雖然具有安全可靠，精度較高，成果計(jì)算實(shí)現(xiàn)了無紙化，減少誤差等特點(diǎn)，但使用時應(yīng)注意斷面主索和河床情況的變化，這兩個方面的異常改變都會引起系統(tǒng)的測量誤差。在實(shí)際應(yīng)用中還要針對不同水位級定期進(jìn)行比測分析，隨時掌握測驗(yàn)誤差情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾慶生.水文統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].水利電力出版社，1985.

[2]中華人民共和國水利部.GB50179-93河流流量測驗(yàn)規(guī)范[M].中國計(jì)劃出版社.