淺析水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)及其應(yīng)用

吳笑澎

【摘 要】水文纜道測(cè)流在我國(guó)已經(jīng)經(jīng)歷了60余年的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的水平不斷提升，水文纜道技術(shù)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)足進(jìn)步。文章首先介紹了水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)，其次闡述了水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的工作原理，最后探討了水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)踐，以期為該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng);原理;應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】P335 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）06-0079-02

0 引言

長(zhǎng)期以來，水文纜道經(jīng)歷了由船測(cè)纜道、普通電動(dòng)纜道到現(xiàn)階段全自動(dòng)纜道的發(fā)展過程，全自動(dòng)纜道測(cè)流主要指人工現(xiàn)場(chǎng)或者遠(yuǎn)程一次性啟動(dòng)纜道測(cè)流裝置后，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量水位、設(shè)置測(cè)點(diǎn)流速、計(jì)算斷面面積、生成流量報(bào)表等功能。在高洪水文測(cè)驗(yàn)實(shí)踐中，流量測(cè)驗(yàn)一直是檢測(cè)人員面臨的一項(xiàng)巨大難題，不僅工作難度較大，還存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。一些地區(qū)河流洪水期水流湍急，洪峰持續(xù)時(shí)間短、流量大，洪水期間起伏不定，過去的水文測(cè)船或者人工控制手搖纜車測(cè)流手段，一方面存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面測(cè)驗(yàn)時(shí)需要投入較大的人力、物力，并且容易引發(fā)漏測(cè)洪峰或?qū)е螺^大的測(cè)驗(yàn)誤差，對(duì)最終測(cè)驗(yàn)結(jié)果造成不利影響。水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)正是在該背景下應(yīng)運(yùn)而生的，近年來，水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)憑借高效、安全、便捷等優(yōu)勢(shì)，在各水文測(cè)站中得到廣泛應(yīng)用。因此，本文將對(duì)水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)及其應(yīng)用展開進(jìn)一步研究。

1 水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)

水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)主要由水文控制系統(tǒng)、流速儀、數(shù)字絞車、鉛魚等組成，其中控制系統(tǒng)經(jīng)由伺服電機(jī)控制器、組態(tài)軟件、PLC模塊等實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行的精準(zhǔn)控制，并且經(jīng)由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生水文標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表，傳輸至上級(jí)水文機(jī)關(guān)，形成最終的紙質(zhì)報(bào)告。一些系統(tǒng)除去借助流速儀開展一點(diǎn)法、兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法自動(dòng)測(cè)流之外，同時(shí)可控制鉛魚在水面上進(jìn)行水平運(yùn)行，并且在多普勒流速剖面儀的支持下，還可有序控制多普勒流速剖面儀在水面斷面方向進(jìn)行勻速運(yùn)行。此外，數(shù)值絞車由起升系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)等組成。鉛魚內(nèi)部包含大量的金屬鉛，圓柱形觸底翻轉(zhuǎn)桿在鉛魚接觸河底過程中，感應(yīng)接近開關(guān)，觸底翻轉(zhuǎn)桿可適用于各式各樣的河底狀況，同時(shí)不會(huì)受到各種水草、泥沙雜物的影響。

2 水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)工作原理

2.1 參數(shù)設(shè)置

對(duì)于水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)所需設(shè)置的參數(shù)，主要如下：一是起點(diǎn)距系數(shù)的設(shè)置。起點(diǎn)距對(duì)流量測(cè)算工作有重要影響，其準(zhǔn)確與否將很大程度上影響最終的流量成效。這是水文纜道的承載索具有一定的柔軟度，有相應(yīng)的弧度，行車距離并不能實(shí)現(xiàn)與實(shí)際水平距離的安全對(duì)等，在這種情況下，做好起點(diǎn)距系數(shù)設(shè)置工作尤為重要。設(shè)置方法為將全面測(cè)流斷面每間隔5 m或者更短距離劃分成若干間距，將各部分水平距離、行車行動(dòng)弧長(zhǎng)傳到控制臺(tái)，而起點(diǎn)距系數(shù)為兩個(gè)部分?jǐn)?shù)據(jù)的比值，以此達(dá)成對(duì)起點(diǎn)距系數(shù)的有效確認(rèn)。測(cè)流實(shí)踐中，系統(tǒng)可自主結(jié)合行車對(duì)應(yīng)處在的部位，以不同的起點(diǎn)距系數(shù)進(jìn)行設(shè)置，最終將弧長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗骄嚯x。二是死水邊系數(shù)、岸邊系統(tǒng)各不相同的情況下設(shè)置不同的數(shù)值。針對(duì)各式各樣的流速儀，應(yīng)設(shè)置不同的計(jì)算公式。測(cè)點(diǎn)系數(shù)由一點(diǎn)到五點(diǎn)進(jìn)行逐一設(shè)置。結(jié)合實(shí)測(cè)大斷面成果，依據(jù)每1 m或者每5 m開展設(shè)置，河底轉(zhuǎn)折位置進(jìn)行必要的加密處理，在測(cè)流過程中可結(jié)合實(shí)際需求靈活設(shè)置[1]。三是測(cè)流水深確定。為了獲取水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的測(cè)流水深，需要綜合考慮多個(gè)方面的數(shù)據(jù)，包括綜合測(cè)站最高水位、當(dāng)前實(shí)時(shí)水位及斷面測(cè)點(diǎn)高程等。其中，測(cè)站最高水位為過去最高洪水位，最高水位減去測(cè)點(diǎn)河底高程之則為全水深，而測(cè)點(diǎn)水深則是全水深減去最高水位與當(dāng)前實(shí)時(shí)水位的差值。所以，為開展好測(cè)流工作，應(yīng)當(dāng)向系統(tǒng)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)可進(jìn)一步結(jié)合測(cè)點(diǎn)的河底高程得出該點(diǎn)的水深數(shù)值。

2.2 設(shè)備的工作原理與作用

水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)各設(shè)備的工作原理與作用主要包括以下幾個(gè)方面：一是交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以交流變頻器為核心組成部分，其主要通過均勻調(diào)整定子供電頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)整，轉(zhuǎn)速一般在0～2 m/s，其可通過總電源調(diào)節(jié)鉛魚，實(shí)現(xiàn)不同方向的無級(jí)調(diào)速調(diào)節(jié)，一方面可實(shí)現(xiàn)河底、各測(cè)點(diǎn)信號(hào)的停車，另一方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的有效控制。二是水文纜道測(cè)距定位儀。這一設(shè)備主要由起點(diǎn)距測(cè)量?jī)x、水深測(cè)量?jī)x組成，為了防止機(jī)械出現(xiàn)打滑情況，起點(diǎn)距、水深傳感器都通過光電增量編碼傳感器與循環(huán)輪、起重輪直接連接。絞車轉(zhuǎn)輪每旋轉(zhuǎn)一周，傳感器將形成200個(gè)電信號(hào)，以每圈的繩長(zhǎng)除以200為繩長(zhǎng)系數(shù)。在實(shí)際操作過程中，控制臺(tái)所接收的傳感器形成的電信號(hào)數(shù)與繩長(zhǎng)系數(shù)的乘積即鉛魚行走的距離。三是流速測(cè)算儀。該項(xiàng)設(shè)備主要包括單片機(jī)、液晶顯示器、信號(hào)接收電路等部分。流速測(cè)量期間，通過對(duì)流速儀的有效應(yīng)用，引入對(duì)應(yīng)的公式對(duì)信號(hào)予以處理，得出流速結(jié)果。四是綜合信號(hào)發(fā)生接收系統(tǒng)。本系統(tǒng)由水下綜合信號(hào)源、纜道綜合信號(hào)接收器等組成，憑借對(duì)優(yōu)先權(quán)電路的使用，針對(duì)不同區(qū)域信號(hào)強(qiáng)弱可實(shí)現(xiàn)有效區(qū)分，以進(jìn)一步將各環(huán)節(jié)信號(hào)有序轉(zhuǎn)化為相關(guān)頻率的音頻信號(hào)，并經(jīng)由纜道進(jìn)行無線傳輸[2]。

3 水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的應(yīng)用

結(jié)合水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)構(gòu)造及其工作原理可知，該系統(tǒng)主要借助計(jì)算機(jī)對(duì)水文纜道開展全自動(dòng)、半自動(dòng)及人工測(cè)流控制，最終可實(shí)現(xiàn)對(duì)斷面水深、斷面流量報(bào)表及流速分布圖等的自動(dòng)生成。該系統(tǒng)的具體應(yīng)用如下：將系統(tǒng)軟件傳輸至計(jì)算機(jī)硬盤中，并確保計(jì)算機(jī)中裝置有相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)、電子表格及文字編輯軟件。做好相應(yīng)設(shè)置后，輸入登錄密碼便可進(jìn)入系統(tǒng)操作界面，各項(xiàng)系統(tǒng)功能都可通過操作界面上的相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)。首次應(yīng)用時(shí)，需先做好各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置工作，諸如系統(tǒng)參數(shù)、流速儀參數(shù)、串口參數(shù)等，參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)參數(shù)便可進(jìn)行全自動(dòng)、半自動(dòng)或者手動(dòng)測(cè)量工作[3]。在鉛魚運(yùn)行期間，計(jì)算機(jī)上可呈現(xiàn)諸如鉛魚運(yùn)行位置、當(dāng)前水位、模擬測(cè)流斷面、最高水位等信息。測(cè)速開始后，各項(xiàng)測(cè)量數(shù)據(jù)將通過列表的形式呈現(xiàn)于計(jì)算機(jī)的屏幕上，供操作人員確認(rèn)，各項(xiàng)測(cè)點(diǎn)測(cè)量完畢后，操作人員僅需輸入對(duì)應(yīng)參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成實(shí)測(cè)流量成果數(shù)據(jù)。

此外，在應(yīng)用水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)過程中，需要注意以下幾個(gè)方面：首先，在測(cè)流前應(yīng)當(dāng)對(duì)當(dāng)前水位進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，倘若水位與上次測(cè)量時(shí)的水位值存在出入，則應(yīng)當(dāng)在測(cè)距定位儀上重新設(shè)置當(dāng)前水位差值[4]。其次，結(jié)合斷面轉(zhuǎn)變情況適時(shí)對(duì)斷面參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)做好入水深參數(shù)的設(shè)置工作。設(shè)置方法為在鉛魚下降或者上升至相應(yīng)長(zhǎng)度時(shí)，觀測(cè)測(cè)距定位儀呈現(xiàn)的數(shù)值與其一致與否，倘若不一致，則應(yīng)當(dāng)對(duì)入水深系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終確保測(cè)距定位儀呈現(xiàn)的數(shù)值與實(shí)際測(cè)量的數(shù)值一致。再次，在開展全自動(dòng)或半自動(dòng)測(cè)量期間，切忌對(duì)流速測(cè)算儀、測(cè)距定位儀開展相關(guān)參數(shù)設(shè)置操作，不然會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)及控制臺(tái)的正常運(yùn)行造成不利影響，導(dǎo)致流量計(jì)算產(chǎn)生誤差，特別是在全自動(dòng)測(cè)量期間，切忌對(duì)流速測(cè)算儀、測(cè)距定位儀開展諸如復(fù)零置位、參數(shù)設(shè)置等操作[5]。最后，在水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，還應(yīng)當(dāng)做好維護(hù)與管理工作，例如在每次測(cè)量完畢后，應(yīng)當(dāng)將信號(hào)儀的電池地線與線路地線分開，避免電池出現(xiàn)不必要的消耗。在汛期結(jié)束后，如果長(zhǎng)時(shí)間不使用系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行定期通電等。

4 結(jié)語

水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)可借助計(jì)算機(jī)控制水文纜道實(shí)現(xiàn)對(duì)河道任意斷面流量的全自動(dòng)、半自動(dòng)測(cè)量。為此，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)圍繞如何實(shí)現(xiàn)對(duì)水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的有效應(yīng)用進(jìn)行探索研究，提高對(duì)水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)構(gòu)造及其工作原理的認(rèn)識(shí)，不斷加強(qiáng)對(duì)水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)的科學(xué)合理應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楚恩國(guó).三河閘全自動(dòng)水文纜道測(cè)流系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2008，16（1）：35-38.

[2]高磊.全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)在寧夏青銅峽渠首灌域干渠水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].陜西水利，2016（6）：101-103.

[3]陳學(xué)林，王偉民，王學(xué)良.黑河鶯落峽站全自動(dòng)水文纜道調(diào)試中出現(xiàn)故障及排除方法[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2010（6）：85-90.

[4]鄧圍，邱福瓊，葉文.沭陽站LXD-1型水文纜道全自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)原理及其應(yīng)用[J].江蘇水利，2017（1）：64-67.

[5]李海強(qiáng)，楊達(dá)剛.人民渠二處水文纜道自動(dòng)測(cè)流系統(tǒng)建設(shè)概述[J].四川水利，2016，21（s1）：198-199.