淺析水文纜道全自動測流系統及其應用

吳笑澎

【摘 要】水文纜道測流在我國已經經歷了60余年的發展，隨著科學技術的進步，尤其是電子技術、計算機應用技術的水平不斷提升，水文纜道技術實現了長足進步。文章首先介紹了水文纜道全自動測流系統，其次闡述了水文纜道全自動測流系統的工作原理，最后探討了水文纜道全自動測流系統的應用實踐，以期為該系統的實際應用提供一些幫助。

【關鍵詞】水文纜道全自動測流系統;原理;應用

【中圖分類號】P335 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）06-0079-02

0 引言

長期以來，水文纜道經歷了由船測纜道、普通電動纜道到現階段全自動纜道的發展過程，全自動纜道測流主要指人工現場或者遠程一次性啟動纜道測流裝置后，可實現自動測量水位、設置測點流速、計算斷面面積、生成流量報表等功能。在高洪水文測驗實踐中，流量測驗一直是檢測人員面臨的一項巨大難題，不僅工作難度較大，還存在一定的風險。一些地區河流洪水期水流湍急，洪峰持續時間短、流量大，洪水期間起伏不定，過去的水文測船或者人工控制手搖纜車測流手段，一方面存在一定的風險，另一方面測驗時需要投入較大的人力、物力，并且容易引發漏測洪峰或導致較大的測驗誤差，對最終測驗結果造成不利影響。水文纜道全自動測流系統正是在該背景下應運而生的，近年來，水文纜道全自動測流系統憑借高效、安全、便捷等優勢，在各水文測站中得到廣泛應用。因此，本文將對水文纜道全自動測流系統及其應用展開進一步研究。

1 水文纜道全自動測流系統

水文纜道全自動測流系統主要由水文控制系統、流速儀、數字絞車、鉛魚等組成，其中控制系統經由伺服電機控制器、組態軟件、PLC模塊等實現對運行的精準控制，并且經由系統自動計算出測量結果，產生水文標準報表，傳輸至上級水文機關，形成最終的紙質報告。一些系統除去借助流速儀開展一點法、兩點法、三點法自動測流之外，同時可控制鉛魚在水面上進行水平運行，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行勻速運行。此外，數值絞車由起升系統、循環系統、PLC控制系統等組成。鉛魚內部包含大量的金屬鉛，圓柱形觸底翻轉桿在鉛魚接觸河底過程中，感應接近開關，觸底翻轉桿可適用于各式各樣的河底狀況，同時不會受到各種水草、泥沙雜物的影響。

2 水文纜道全自動測流系統工作原理

2.1 參數設置

對于水文纜道全自動測流系統所需設置的參數，主要如下：一是起點距系數的設置。起點距對流量測算工作有重要影響，其準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，有相應的弧度，行車距離并不能實現與實際水平距離的安全對等，在這種情況下，做好起點距系數設置工作尤為重要。設置方法為將全面測流斷面每間隔5 m或者更短距離劃分成若干間距，將各部分水平距離、行車行動弧長傳到控制臺，而起點距系數為兩個部分數據的比值，以此達成對起點距系數的有效確認。測流實踐中，系統可自主結合行車對應處在的部位，以不同的起點距系數進行設置，最終將弧長轉變為水平距離。二是死水邊系數、岸邊系統各不相同的情況下設置不同的數值。針對各式各樣的流速儀，應設置不同的計算公式。測點系數由一點到五點進行逐一設置。結合實測大斷面成果，依據每1 m或者每5 m開展設置，河底轉折位置進行必要的加密處理，在測流過程中可結合實際需求靈活設置[1]。三是測流水深確定。為了獲取水文纜道全自動測流系統的測流水深，需要綜合考慮多個方面的數據，包括綜合測站最高水位、當前實時水位及斷面測點高程等。其中，測站最高水位為過去最高洪水位，最高水位減去測點河底高程之則為全水深，而測點水深則是全水深減去最高水位與當前實時水位的差值。所以，為開展好測流工作，應當向系統提供準確數據，確保系統可進一步結合測點的河底高程得出該點的水深數值。

2.2 設備的工作原理與作用

水文纜道全自動測流系統各設備的工作原理與作用主要包括以下幾個方面：一是交流變頻調速控制系統。該系統以交流變頻器為核心組成部分，其主要通過均勻調整定子供電頻率實現對電機轉速的平滑調整，轉速一般在0～2 m/s，其可通過總電源調節鉛魚，實現不同方向的無級調速調節，一方面可實現河底、各測點信號的停車，另一方面可實現對電機的有效控制。二是水文纜道測距定位儀。這一設備主要由起點距測量儀、水深測量儀組成，為了防止機械出現打滑情況，起點距、水深傳感器都通過光電增量編碼傳感器與循環輪、起重輪直接連接。絞車轉輪每旋轉一周，傳感器將形成200個電信號，以每圈的繩長除以200為繩長系數。在實際操作過程中，控制臺所接收的傳感器形成的電信號數與繩長系數的乘積即鉛魚行走的距離。三是流速測算儀。該項設備主要包括單片機、液晶顯示器、信號接收電路等部分。流速測量期間，通過對流速儀的有效應用，引入對應的公式對信號予以處理，得出流速結果。四是綜合信號發生接收系統。本系統由水下綜合信號源、纜道綜合信號接收器等組成，憑借對優先權電路的使用，針對不同區域信號強弱可實現有效區分，以進一步將各環節信號有序轉化為相關頻率的音頻信號，并經由纜道進行無線傳輸[2]。

3 水文纜道全自動測流系統的應用

結合水文纜道全自動測流系統構造及其工作原理可知，該系統主要借助計算機對水文纜道開展全自動、半自動及人工測流控制，最終可實現對斷面水深、斷面流量報表及流速分布圖等的自動生成。該系統的具體應用如下：將系統軟件傳輸至計算機硬盤中，并確保計算機中裝置有相關的數據庫、電子表格及文字編輯軟件。做好相應設置后，輸入登錄密碼便可進入系統操作界面，各項系統功能都可通過操作界面上的相關操作實現。首次應用時，需先做好各項參數的設置工作，諸如系統參數、流速儀參數、串口參數等，參數設置完成后，點擊對應參數便可進行全自動、半自動或者手動測量工作[3]。在鉛魚運行期間，計算機上可呈現諸如鉛魚運行位置、當前水位、模擬測流斷面、最高水位等信息。測速開始后，各項測量數據將通過列表的形式呈現于計算機的屏幕上，供操作人員確認，各項測點測量完畢后，操作人員僅需輸入對應參數，系統會自動生成實測流量成果數據。

此外，在應用水文纜道全自動測流系統過程中，需要注意以下幾個方面：首先，在測流前應當對當前水位進行實時觀測，倘若水位與上次測量時的水位值存在出入，則應當在測距定位儀上重新設置當前水位差值[4]。其次，結合斷面轉變情況適時對斷面參數進行調節，同時做好入水深參數的設置工作。設置方法為在鉛魚下降或者上升至相應長度時，觀測測距定位儀呈現的數值與其一致與否，倘若不一致，則應當對入水深系數進行調節，最終確保測距定位儀呈現的數值與實際測量的數值一致。再次，在開展全自動或半自動測量期間，切忌對流速測算儀、測距定位儀開展相關參數設置操作，不然會對計算機及控制臺的正常運行造成不利影響，導致流量計算產生誤差，特別是在全自動測量期間，切忌對流速測算儀、測距定位儀開展諸如復零置位、參數設置等操作[5]。最后，在水文纜道全自動測流系統的應用過程中，還應當做好維護與管理工作，例如在每次測量完畢后，應當將信號儀的電池地線與線路地線分開，避免電池出現不必要的消耗。在汛期結束后，如果長時間不使用系統，應當對系統設備進行定期通電等。

4 結語

水文纜道全自動測流系統可借助計算機控制水文纜道實現對河道任意斷面流量的全自動、半自動測量。為此，相關人員應當圍繞如何實現對水文纜道全自動測流系統的有效應用進行探索研究，提高對水文纜道全自動測流系統構造及其工作原理的認識，不斷加強對水文纜道全自動測流系統的科學合理應用。

參 考 文 獻

[1]楚恩國.三河閘全自動水文纜道測流系統及其應用[J].水利水電技術，2008，16（1）：35-38.

[2]高磊.全自動纜道測流系統在寧夏青銅峽渠首灌域干渠水文測驗中的應用[J].陜西水利，2016（6）：101-103.

[3]陳學林，王偉民，王學良.黑河鶯落峽站全自動水文纜道調試中出現故障及排除方法[J].水利規劃與設計，2010（6）：85-90.

[4]鄧圍，邱福瓊，葉文.沭陽站LXD-1型水文纜道全自動測流系統原理及其應用[J].江蘇水利，2017（1）：64-67.

[5]李海強，楊達剛.人民渠二處水文纜道自動測流系統建設概述[J].四川水利，2016，21（s1）：198-199.