流速儀家族新成員

徐進進++李振全

目前黃河下游引黃水閘的流量測驗以人工流速儀法為主，存在勞動量大、自動化程度低、資料時效性差等問題，難以滿足供水現代化管理的需要。黃河下游引黃水含沙量高、流態多變、渠斷面寬淺，常規的在線監測儀器無法直接使用。在作物收割季節水渠內秸稈雜草較多，影響流速儀正常作業，甚至造成儀器損壞。因此，研發一套適合黃河下游引黃水閘流量自動監測設備，掌握變動河床條件下流量變化過程，進而完成水量精確計算，具有重要意義。

為了進一步提高供水管理水平，實現黃河供水的現代化、精細化、信息化管理，黃委供水局與河南黃河水文科技有限公司共同研制開發的變動河床條件下的流量自動監測系統，將使引黃供水管理上一個新臺階。該成果還被來自鄭州大學、華北水利水電大學及有關科研院所的專家評價為總體達到國際先進水平。

整體設計思路新

黃河下游引黃水含沙量高、流態多變，渠斷面寬淺、渠內漂浮物多，給流量監測帶來了諸多困難，如常規測速儀器使用受限、沖淤變化過程監測困難、傳統設備的長期生存和運行困難、流速自動監測難度大等。為了解決這些問題，就必須改變過去傳統的測量斷面平均流速和過流面積的方法。項目組人員經過研究討論，形成了設置流速傳感器、水位傳感器和淤積傳感器，分別對平均流速和過流面積進行同步監測；然后通過數據采集設備進行分析、處理，計算出流量；最后將測量結果通過數據傳輸設備傳送到數據中心的基本思路。另外，系統還應有控制設備對整個系統的運行進行自動控制，配備電源、機柜等輔助設備保證整個系統的正常運行。

創新選用非接觸式儀器完成數據采集

流速和水位數據是否精確，是測流系統成敗的關鍵。基于黃河水的現狀，研發組選用雷達流速儀和雷達水位計作為測量流速和水位數據的儀器。

引進奧地利Sommer系統工程公司生產的雷達流速儀，具有多種自校和自我判別功能。在野外測流時，儀器能自動判別發射波是否穩定、是否有足夠強度，如能保證所測數據的穩定，儀器便開始測量；如果反射波太弱或者不穩定，不能滿足測量要求，儀器會自動提醒使用者，同時也不進行測速，以避免錯誤數據產生。

目前，用于水位在線測量的儀器設備很多，如浮子水位計、壓力水位計、氣泡水位計、超聲波水位計、雷達水位計等。其中：前3種水位計均為浸沒（接觸）式測量，它們共同的缺點是隨著主流的擺動和沖淤的變化存在脫離被測水體的可能。而雷達水位計是非接觸測量儀器，能有效克服多泥沙和漂浮物的困擾等難題，可靈活地安裝在常年有水的區域上方。雷達水位計具有精度更高、工作更穩定、壽命更長等優點。雷達水位計向水面發射接收微波，微波在一般溫度下空氣中傳播速度可以認為不變。微波發射和接收歷時可被測得，波速是恒定已知值，就可得到水位計至水面距離即水位值。

非接觸式的測量儀器懸掛于空中，儀器探頭不必接觸水體，有效避免了水中雜物和漂浮物的干擾，測量精度明顯提高，為最終數據的準確度奠定了基礎。

創新使用大口徑油壓傳感器測量泥沙淤積厚度

淤積量的在線測量一直是斷面測量的一個難題。斷面不規則、沖淤變化劇烈是困擾測量工作的主要技術難題。傳統測量方法是人工加密測次提高測驗精度，但也給基層職工增加了工作強度。

此次我們選用了XD-2202-240淤積厚度傳感器。淤積傳感器采用液壓系統與傳感器相結合的方式，利用河水相對密度與河底淤沙相對密度的差異，同時采集水位、水溫、流速，通過淤沙特性以及專門的算法得出淤沙厚度。在線淤積觀測設備對淤積量進行連續定性監測，一旦發現淤積超標便由專業維護、管理人員對斷面進行人工快速精確測量，并及時更新測流系統內的斷面數據，保證整個測流的精度。

淤積傳感器作為首款在黃河上應用的泥沙厚度計量儀器，解決了以前無法實現的泥沙厚度實時、精確測量的問題。這項技術對多泥沙河流測驗非常重要，可以有效動態計算和修補過水面積，將成為相關技術在黃河上應用的開創性成果。同時，泥沙治理的重要前提是泥沙測驗，掌握準確的泥沙資料是水利工程設計、防洪減災和水資源保護利用的重要依據，也是治黃基礎研究的前沿性工作，此次淤積傳感器實現了泥沙淤積厚度的準確計量，將為黃河泥沙治理提供重要的技術支持。

成功開發了自動監測軟件系統

軟件系統是任何一個自動控制項目的大腦，有了大腦的正常工作，才能使系統既定目標功能實現。項目組利用Delphi語言和 sqlserver數據庫，完成了軟件系統的開發。該軟件系統能夠實現如下功能：設置測流斷面和測流垂線，并能自動繪制河道斷面圖；計算流速平均歷時；設置測量點測量時長，自動計算平均流速；接收流速數據和輸入水位數據，計算流量并生成流量計算表；自動讀取水位計水位，計算水位比降、糙率；自動計算左水邊岸邊距與右水邊岸邊距；報表以標準Excel格式顯示，方便用戶打印、傳遞；往期報表查詢及流速查詢；能提示并自動跳到下一個起點距大一點的測量點，也可以反方向自動跳到下一個起點距小一點的測量點；具有數據庫備份與恢復功能。

該軟件系統結構穩定性強，能滿足在無人值守的情況下長期運行；可擴展性強，軟件各個功能具有較高的內聚，較低的耦合性，以滿足未來不斷變更的新需求；可復用性強，軟件盡最大可能做到通用，以便在以后的擴展中可重用。

目前，該系統實際應用中測得的數據準確穩定，系統維護方便，具有廣闊的推廣應用前景。