全自动缆道测流系统在位山灌区的应用

张体刚，张传刚，杨玉广

（聊城市位山灌区管理处，山东 聊城 252000）

1 位山灌区及测站概况

位山灌区始建于1958年，1962年停灌，1970年复灌。渠首设计引水流量240m3/s,控制聊城8个县（市、区）85个乡（镇）的36hm2耕地，形成了以2条输沙渠、2片沉沙区和3条干渠为骨干工程的灌溉网络体系，是黄河下游最大的引黄灌区。复灌以来，累计引水400余亿m3，有力支持了地方工农业经济建设，打造了聊城江北水城的城市形象，还先后承担了10余次引黄济津和引黄（济淀）入卫等跨省跨流域调水任务，有力支援了两省市经济及生态建设。

灌区布设了20个主要测站，负责灌区整个灌溉网络体系的水沙测验任务，17个测站配备了全自动测流设施。目前测流设施采用EKL-3A型全自动缆道测流系统，该系统采用开口悬索式缆道，测流仪器主要采用旋浆式流速仪，配合先进的水沙测验技术，采用无线传输的方式实现数据传递。

2 EKL-3A型全自动缆道测流系统工作原理及功能

EKL-3A型全自动缆道测流系统集交流变频调速、自动定位控制、缆道无线信号传输等技术于一体。主要由水文绞车、交流变频器、计算机、数据采集卡、PLC（程序逻辑控制器）、光电增量编码传感器、无线测流信号系统（信号源和接收盒）、信号转换板、通讯模块（RS485转RS232）、继电器和接触器等部分组成，每种仪器均可单独使用，又可组合成套使用，工作原理如图1。通过计算机可以对渠道任意断面进行流量测量。

图1 EKL-3A型全自动缆道测流系统工作原理

系统在微机的控制下,可实现测流过程的全面自动控制,自动进行数据采集、数据处理、数据计算及成果制表等。具体有以下功能:①自动出车、定位、测量水深。②根据水深自动选择测流方案。③按给定的测线、测点自动运动到位,并自动采集流速信号。

3 软件操作

软件功能主要由缆道测流、数据报表、测流数据图形、参数设置、数据安全、系统文档、退出系统等几大项组成。

软件支持“实测断面流量测验”、“借用断面流量测验”和在同一断面中“混合测流”方式。在使用实测断面测验时垂线的操作方法可选择测流与测深两种；在使用借用断面测验时操作方法必须选择为借用水深，要使用全自动测流则必须配置测流垂线与参数且每进行一次全自动测流都必须配置一次，各项参数配置完成以后就可以进行全自动测流。

铅鱼下到垂线一定距离时，将进行减速，到达垂线位置时自动停车，并等待几秒后自动下降；接收到水面信号时，入水深自动清零(这里的清零不是真正的零值而是铅鱼高度值)，同时水面信号灯被点亮；接收到渠底信号时自动停车，同时渠底信号灯被点亮，等待几秒后自动提升；铅鱼将从下向上对每个测点进行逐一的测流。到达各测点时，等待几秒后进行流速信号采集，同时流速信号灯被点亮，所有测点测完后，铅鱼将继续提升直到到限位点(提升限位)后停止，此时实测断面图中此条垂线由虚线变为实线，并完成测流；然后继续自动前进，进行下面垂线的测流，直到所有垂线全部测完。

自动测量基本上不需要人工干预，若遇特殊情况可进行避让障碍物、断面补测、垂线重测等措施。

4 流量对比分析

以位山灌区三干渠周店测站为例，对EKL-3A型全自动缆道测流和手动测流数据进行对比分析 （见表1）。两种测流数据是在水位相同和水流稳定情况相同条件下同时采集得到。对比数据最高闸下水位是36.99m（黄海高程，下同）,最低闸下水位是 34.89m，最大流量是128m3/s,最小流量是9.50m3/s，基本控制了测站近年来水位和流量变化范围，有很好的代表性。

通过分析知，系统误差 X2均=0.32%，X1均=0.28%，流量误差均满足测流要求，自动测流数据偏离程度很小，测流精度满足自动测流技术要求，实测流量数据可以作为灌区计量供水收费的重要依据。

5 应用效果

5.1 降低了工作强度，提高了效率

该系统的成功运用，实现了可靠灵活的水面布线、河底信号可靠采集传输、缆道测深和铅鱼的自动升降及进退，大大减轻了苦燥繁琐的重复劳动，提高了效率。

5.2 提高了测量精度

运用该系统前，水面铅鱼定位采用目测，测深凭手感，运行系统为可控制，数据误差比较大；该系统启用后，对起点距测验采用光电增量编码传感器，直接输入计算机，并具有自动修正起点距误差功能，实现了起点距计算自动化；通过建立可靠灵活的水面，河底信号实现了自动测深，极大提高了测流精度，消除了人为因素带来的流量误差。

表1 测流流量对比数据表

采用频率调制技术传送水下信号，变频器作为调速控制装置，光电增量编码传感器检测位置等避免了老式测流设备存在的迟顿问题，缩小了仪器自身误差，全面提高了测、报、整、算等过程精度。

5.3 渠道冲淤反映效果好

在测流过程中通过实测断面图可以随时观察铅鱼的位置，显示各条垂线位置、间距和纵坐标等渠底信息，清晰反映渠底冲刷或淤积情况，这种直观的图形交互界面使施测铅鱼的定位和运行更灵活，也为掌握渠道淤积和泥沙运行规律等情况提供了动态数据。

[1]王鸿杰.流量自动测控系统的研究与设计，2003.