渠道斷面自動測流系統(tǒng)在位山灌區(qū)測水量水中的應用

袁明霞，王愛蘋

(位山灌區(qū)管理服務中心，山東 聊城 25200)

0 引 言

位山灌區(qū)是黃河中下游和山東省最大的引黃灌區(qū)，是聊城引進與配置黃河水資源的主要灌溉工程，現(xiàn)渠首設計引水流量240m3/s，設計灌溉面積36萬hm2。

1 位山灌區(qū)測流現(xiàn)狀

近年來位，山灌區(qū)大部分測站主要采用的是EKL-3A型全自動纜道測流系統(tǒng)。全自動纜道測流系統(tǒng)在灌區(qū)雖然成功應用，但因纜道式測流系統(tǒng)是建立在復雜的空間中，系統(tǒng)在測量過程受外界因素影響大，自動性差[2]，與灌區(qū)的自動化測水量水設施建設預期效果相差很遠。所以灌區(qū)為進一步改進測水量水設施，優(yōu)化配置供水，2019年新引進了渠道斷面自動測流系統(tǒng)[1]。

2 渠道自動測流系統(tǒng)的概況(構架及功能、應用范圍、垂線設置)

渠道斷面自動測流系統(tǒng)是一種綜合性的測量控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)以自動化技術和計算機網絡技術為核心，實現(xiàn)渠道斷面水文數據的自動測流，是一種簡單快捷操作簡便的自動測流系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)構架及功能

渠道斷面自動測流車系統(tǒng)包括上位機、測流車、測流軌道、測流房四部分。測流房建在測流渠道合適的一側，在測流渠道斷面上修建一座鋼構測橋,在測橋上游側鋪設兩條平行軌道,軌道一端鋪設到測流房內，測流車放置于測流房內的軌道上[2]。

上位機控制軟件可遠程控制監(jiān)控整個測流過程，并具備動態(tài)仿真功能，可動畫仿真整個測流過程。

測流車采用模塊化設計，具有本地操作和遠程操作功能。

系統(tǒng)具有自動采集水位、分層流速，自動測量水深、泥位功能，同時還具有根據采集的數據自動計算斷面面積計和斷面流量，并能自動生成數據報表功能。系統(tǒng)自動程度高，可預定測流時間，操作簡單明了，整個測流過程中，可無需人員值守。

2.2 系統(tǒng)應用范圍

渠道斷面自動測流系統(tǒng)適用于渠道寬度100m以下，渠道深度10m以下，設計流速3m/s以下的渠道斷面。

2.3 垂線設置

以位山灌區(qū)三干渠周店為例，根據渠道實際情況設置了7條測量垂線，共有六個測量區(qū)間，在軌道上根據設置的垂線條數標識出其位置,并在每個垂線處安裝上標識器(圖1所示)。以后,可根據需要加密或減少測量垂線。

3 測量原理

點擊啟動鍵測流時,測流車啟動開啟卷簾門，測流車沿軌道前行,測流車運行出測流房后，觸碰到測量垂線標識器時,測流車停止前行，開始測量，自動下放儀器至渠底，測量水深及淤積深度，并及時反饋測量數據及測量狀態(tài)。依據測點水位和水深數據自動判斷用幾點法進行測流，并自動算出高度預減值，根據高度預減值，儀器下放到一定的距離時自動減速，緩慢運行到到固定深度進行單點測量,測量完成后回收儀器,測流車繼續(xù)前行至下一個測點進行測流，以此類推，待測流車對所有測點測量完成后，測流車返回至原點，返回原點后依據采集的數據計算出斷面流量，并將數據發(fā)送至終端，卷簾門關閉，整個測流流程結束。

圖1 渠道斷面自動測流系統(tǒng)示意圖

4 系統(tǒng)操作

系統(tǒng)操作分本地操作和遠程操作，本地操作和遠程操作都有自動運行模式和手動運行模式兩種操作方式。本地操作是在現(xiàn)場通過測流車啟動鍵和液晶觸摸屏功能鍵進行測量操作控制，遠程操作是通過上位機軟件進行測量操作控制。無論是遠程操作還是本地操作，無論是自動模式還是手動模式，只要處于測量狀態(tài)，其測流的整個過程都以動態(tài)的形式顯示在測流主界面上。

5 自動測流系統(tǒng)的應用效果

5.1 直觀明了，為掌握渠道斷面流量、淤積和泥沙運行等情況提供了動態(tài)數據

以往使用的EKL-3A型全自動纜道測流系統(tǒng)，在測量過程中，雖然也能觀察到儀器運行狀態(tài)、測流垂線的條數及渠道淤積情況，但系統(tǒng)不能自動計算出淤積深度，也不能觀察到實時平均流速。測流車測流系統(tǒng)，在測流過程中，可自動計算出淤積厚度，實時平均泥位數據和實時平均流速數據以曲線圖的形式顯示在測流主界面上，為掌握渠道斷面流量、淤積等情況提供了動態(tài)數據。

5.2 系統(tǒng)操作簡單、降低了勞動強度 、縮短測流了時間，提高了工作效率

EKL-3A型全自動纜道測流系統(tǒng)受外界因素影響大，操作較復雜，測流時間較長，測流條件差，每次測流時需至少2-3人，并且測流人員需到野外測流房去進行測流。

該系統(tǒng)的應用，整個測流過程可足不出戶，在測站的上位機軟件上一人操作便可完成，操作簡單，也可預定自動測流時間，全程可無需人員干預，大大降低了勞動強度、 節(jié)約勞動成本，改善了測流條件，縮短了測流時間，提高了工作效率。

5.3 系統(tǒng)自動性強，避免了人為因數帶來的誤差，提高了測量精度。

由于纜道式測流系統(tǒng)自動性差，每次測流時，都需要人工設置參數，需要測流人員將起始距距離及觀測到水位數據輸入系統(tǒng)后，才能進行測流，數據誤差比較大。而渠道斷面自動測流系統(tǒng)能夠自動采集水位等數據，并根據采集的數據自動計算出斷面流量，整個測流過程無需人工干預，避免了人為因素帶來的誤差，提高了測量精度。

5.4 測流數據對比分析

以三干渠周店站為例進行自動和手動測流結果對比(見附表)，其測流數據是在相同條件下采集得到。通過計算得ε1=0.45 %，

ε2=49%。通過自動和手動測流對比，測流數據偏離程度很小，系統(tǒng)誤差在 l%范圍內，流量誤差符合《河流流量測驗規(guī)范》的要求。

測流車流量測流數據對比，如表1所示。

表1 測流車流量測流數據對比

續(xù)表1 測流車流量測流數據對比

6 對該系統(tǒng)提出優(yōu)化建議

6.1 將小車觸碰感應改進為距離感應

根據渠道斷面，設置完垂線后，需要在軌道上安裝相應的標識器，若需增減垂線條數，需要將原來的標識器拆下來，重新安裝。而軌道是架設在渠道斷面上，改變標識器位置存在一定的危險性。如果能將小車觸碰感應到標識器進行測流，改進為距離感應測流，即設置好垂線后，只需量出垂線到小車感應器的距離，小車按設置好垂線距離自動感應并運行到各垂線進行測流，這樣可免去增減測流垂線時，拆裝標識器帶來的麻煩，同時為增減垂線提供方便。

6.2 提高測流系統(tǒng)的兼容性

位山灌區(qū)各個測流站實測數據的錄入都是通過e平臺來完成的，由于自動測流系統(tǒng)與灌區(qū)e平臺是相互獨立的兩個系統(tǒng)，每次測流完都需要測流人員再將測流數據一一錄入到到灌區(qū)e平臺，如若自動測流系統(tǒng)與灌區(qū)e平臺兼容 ，實現(xiàn)實測數據自動傳輸 ，會進一步提高測水量水工作效率。

6.3 增加防凍裝置，解決冬季測流問題

冬季，流速儀旋轉部件入水后收回過程中有結冰現(xiàn)象，致使測流工作不能正常進行。如果能增加流速儀防凍裝置，減少流速儀在回收過程中的結冰現(xiàn)象，將使冬季測流工作順利進行。

7 結 語

渠道自動測流系統(tǒng)的應用，降低了勞動強度，減少了勞動成本，改善了工作條件，縮短了測流時間，提高了工作效率和測量精度，應用效果良好?，F(xiàn)已在位山灌區(qū)其他各個測流站點推廣應用。