谈广场西沟水文站流量自动监测系统建设

蒋国民，李 克，于询鹏

（1.济南市水文局，山东 济南 250014；2.青岛市水文局，山东 青岛 266071）

济南市区南临群山，北靠黄河，地势南高北低，南北高差超过100 m。其独特的地形、地貌,导致市区河道洪水主要有以下特点：洪水陡涨陡落，历时短，流速快，发生大暴雨时洪峰常在2～3 h 内发生，极易发生洪涝灾害。

济南作为全国重点防汛城市，对市区内河道的防汛监测有着更严格、更高的要求，及时、准确的测验数据对城市防洪减灾调度能够起到非常重要的作用。

2019 年9 月水利部印发《水文现代化建设技术装备有关要求》指出“水文测站应注重技术手段的提档升级，提升自动化监测水平，流量测验技术和设备配置应以在线或自动监测为主”。济南市水文局在广场西沟设计开发流量自动监测系统。

1 可行性分析

广场西沟，隶属小清河水系，属于季节性山洪河道，河流流向自南向北，监测断面位于位于济南市市中区经十路与玉涵路交界口，设立了全民健身中心水文站，该站属市级小河站，测验断面以上流域面积4.1 km2，河道下游2 km 处就是济南市核心地带—泉城广场，汛期每逢大暴雨，洪峰来势凶猛，对泉城广场的低洼地段极易造成洪涝灾害，例如2007 年7.18 大暴雨造成了巨大人员经济损失，自2010 年建站以来，该站主要为城市防汛、小清河防洪调度提供水文测验信息，目前该水文站测验任务有水位、流量监测，其中，水位采集采用雷达式水位计，经RTU 由GPRS传输至水情中心，汛期流量测验主要使用人工电波流速仪，测验效率和精度较低，并且由于暴雨期间人工施测，对测验人员的安全存在很大的风险。

该站测验断面起点距总长8.2 m，河底为水泥硬化地面，河底左右高差及最高点与最低点之间高差不超过5 cm。两岸河堤为浆砌石堆砌，与河底呈90°垂直度数。该站河底平整测验断面无变化、两岸河堤规整水面宽固定且岸边系数固定，适合采用自动流量监测，如图1。

图1 广场西沟全民健身中心水文站大断面图

2 系统设计开发

广场西沟为市区内景观式河道，综合考虑设施占地、设备外观体积、日常运行维护等因素，系统设计为全新开发的轨道式自动测流系统，通过自动控制技术、无线通信技术和流量测验技术，实时将测验数据传值水情中心。轨道式的设计结合了现有固定探头式和缆道式自动测流系统的优点，轨道可依附于桥梁架设，传感器在轨道上移动可在任意起点距进行监测，做到既稳定又灵活，同时减少了占地需求，非常满足在城市河道上运行的条件。

根据全民健身中心测验断面测验情况，自动测流系统的轨道安装于桥梁下游一侧，左岸或右岸可安装设备机房，流速传感器搭载在轨道运载设备上（如图2）。使用时在由机房驶出，监测完毕后驶回机房放置放置、同时进行充电。

图2 系统构造示意图

流速传感器采用非接触式的电波流速传感器，具备水平角和垂直角改正，流速平均、信号强度检测、串口通讯控制等功能，适合水面流速自动遥测应用。

运载设备由智能电机、遥测控制单元、电池和传动装置组成，能够实现根据程序预设定时、固定垂线监测，可以根据遥控指令实时、任意垂线监测。核心部件为遥测控制单元，实现了触发传感器、收发数据、控制智能电机及距离控制等功能。

同时设立视频监控设备，用于观测河道人工水尺和监控自动测流设备运行情况，查看运载传感器是否移动正常、位置是否准确、设备是否遭到破坏、监测后回位是否正常等。

3 软件功能设计

为使自动测流系统能够满足广场西沟防汛测报需求，需建立配套的控制运行软件，并满足以下功能（如图3）。一是利用前期使用的雷达式水位计采集的水位数据，能够实时显示当前测验断面的水深、水位；二是能够设定测验断面的河宽、垂线条数和起点距，根据自定义参数进行自动测算；三是遥控进行自动监测并接收监测数据；四是可人工设定断面范围内任一起点距进行监测；五是实现视频监控的接入和共享；六是软件能提供水文业务需要的查询功能。

图3 软件控制示意图

除了以上主要功能，为保证测流数据准确度和实用性，软件还应具备数据去噪、分析、筛查、人工置数等功能。流速传感器受水面漂浮物等情况影响时能够对每组流速数据进行分析，筛除不合理的数据，保留正常数据进行计算。

4 结 论

广场西沟流量自动监测系统所采用的轨道式设计，不同于以往常见的流量自动化监测设备，该设计可根据测验断面的变化，实时调整测速垂线的起点距或增减测速垂线的数量，以满足流量测验的规范要求。通过对安装的测验断面进行实地调研、分析，新开发的轨道式流量自动监测设备更适用于该河道断面，既满足了自动化设备的安装需求又体现了因地制宜、设计先进、融合环境的特点。

河道流量监测的自动化能够有效提升防汛测报服务的时效性，同时缓解了站点多、人手不足的压力，减少了暴雨外出作业的安全风险。广场西沟流量自动监测系统的设计为河道自动化监测的水平提升提供新的思路和选择。