流域省界水资源水量自动监测试验初步研究——以沙颍河豫皖省界界首站为例

应 玉

（1安徽淮河水资源科技有限公司 蚌埠 233001 2阜阳水文水资源局界首水文站 界首 236500）

1 问题提出

省界水量监测是水资源管理的一项基础工作，是流域各省级行政区水量分配、取水总量控制管理的重要依据。

随着经济社会发展，以行政区域管理为目的的区域经济发展对水资源管理的需求越来越高，特别是跨省级行政区界的水资源管理任务越来越突出，而现有的水文监测远不能满足流域机构对省界监测管理的要求。省界水量监测存在的问题主要有以下几点：（1）水文站设备、设施陈旧，监测手段、方法落后；（2）监测管理现代化、信息化水平低；（3）信息处理的及时性、针对性与管理工作的需求不相适应。

针对水资源管理的迫切需求，必须加强水量监测分析工作。采用流量自动监测技术，实现水量监测现代化、自动化，可为水资源管理现代化提供有利保障。

2 自动监测试验研究

目前，淮委水文局根据行业规范《二线能坡法测流规程》，结合淮河流域河道流量的特性，研发一套应用于天然河流的流量实时在线监测系统。2012年3月21日该系统安装在沙颍河豫皖省界界首水文站，获得良好效果，能够为流域水量监测提供一种实用可行的选择方案。

界首水文站是颍河主要控制站，属国家重要水文站，一类精度站，也是颍河由河南省进入安徽境内第一水文站。该站为工程调度、防汛抗旱及防污治污服务，全年驻测，流量常规测验方式为自动缆道测流。界首水文站距上游槐店闸30km，距下游耿楼闸20km，受上下游闸门启闭影响，该站水位涨落和流量关系紊乱，为满足水文测验规范要求，每年测流次数多达400次左右。

2.1 试验原理

该系统采用的是二线能坡法。

二线能坡法是以曼宁公式为基础，借助水力学实验方法，建立与曼宁公式具有相同结构形式的垂线流速公式；改天然河道中综合糙率为分解糙率；并以二条实测垂线流速为已知条件反求能坡（水流能量坡度）参数，代替曼宁公式中比降与糙率的比值关系，从而使成果精度显著提高，并借助等效流量原理，解决多种非恒定、非均匀流条件下流量计量问题。

通过实时水位信息和断面特征信息，依据二条垂线的实测平均流速，能够实现河道流量的实时在线监测。见图1、图 2。

2.2 试验设备

该自动监测系统流速传感器采用了美国link-quest公司生产的单声路声学多普勒 （ADCP）流速剖面仪（FlowScout2000型）。单声路声学多普勒流速剖面仪应用了美国最新的类似小型相控阵技术，可以同时跟踪一条线上很多个不同的单元目标，对于测量的盲区，可以在最小盲区与任意大盲区之间做自动调整，保证各种实际流态都测得到；处理技术上采用了高速DSP处理技术，流速数据刷新频率非常快，对河道流场与流量的变化情况提供了更细腻的判断依据；在安装方面，单声路声学多普勒流速剖面仪与水平双声路声学多普勒流速剖面仪相比，体积小了许多，非常适合便携式测量。

硬件设备上采用了平行四边形的不锈钢管起落架，起落架上部安装一个仪器（ADCP）基座，下部与整体结构的基座（实心楼板）钢铰链接，整体结构的基座使用了超薄、窄长的水泥板预制件，空心预制楼板用水泥砂浆填实，利用其特殊的几何形状（长4.5m、宽60cm、厚12cm）和自重（680kg）两大要素，使之起到相当于基座的作用。起落架最大长度14m，依靠自重和与基座的联结并工作状态时卧于河底时，浮筒位于起落架的最上部，距河床最大高度小于70cm，仪器检修时，通过对起落架上的浮体充气把仪器付出水面。详见图3。

2.3 试验过程

由专业设备安装工人把起落架安装在楼板上，并装好可浮起楼板和起落架的充气囊，充气备用。用渔船把漂浮在水面的起落架与楼板一起牵引到起点距130（或60）m的位置对楼板上的充气囊施实放（充）气，维持整个装置以每分钟1m的速度下沉到河床上。之后，对起落架的浮筒进行充放气，使起落架自由升降，成功演示三次后，由专业技术人员开始在浮起的起落架前端的仪器安装基座上安装流速仪传感器，可三维调解,使仪器保持与水面相平、向上仰角45度，然后再做信号上岸调试。

信号电缆、起落架上的气囊的进、出气管等顺着起落架拉杆（空心）到达基座（预制楼板）后，顺着钢丝绳（与钢丝绳绑在一起）上岸、挖槽深埋、进站房，实现流速信号有线自动采集。

3 试验结果初步分析

流量自动监测系统与人工监测进行同步监测比对，该系统提供流量误差统计功能，在系统中进行相应设置后，可获取系统自动计算出人工流量和自动流量数据误差值，现取一部分数据进行初步分析。

根据误差值统计及初步分析，人工实测流量点均在自动监测流量过程线上，系统收集资料精度较高，试验效果良好。因试验仍处于调试阶段，受较多因素影响，如人工施测时正处于闸门变动影响阶段，会造成人工监测与自动监测流量误差偏大等，这些问题都有待于进一步的分析研究。

4 结语与建议

实时流量自动监测系统的建设和运行，大大降低了测站职工的劳动强度，提高了水文行业的工作效率，能实时、精准、便捷、全天候掌握流量动态。系统的稳定运行不仅提升了流量监测的及时性和准确性，还为防汛抗旱、水资源监测提供有力保障。每隔5min的一组实测流量和遥测水位数据，实现了数据实时在线查询与导出，并且系统能够显示出流量过程线和水位过程线，可以更为直观地了解水位流量动态信息。

能坡法测流不但投资小、建设快，更重要的是使流量实现了在线测量，且不需要率定。本系统在界首水文站为初次建设，难免有不足之处，比如在安装施工中所使用的水下设备体积较大、安装步骤较为繁琐。建议研制更为便捷的水下设备，以便于施工安装，并提高其在水下复杂环境中的稳定性