張?bào)w剛，張傳剛，楊玉廣

（聊城市位山灌區(qū)管理處，山東 聊城 252000）

1 位山灌區(qū)及測(cè)站概況

位山灌區(qū)始建于1958年，1962年停灌，1970年復(fù)灌。渠首設(shè)計(jì)引水流量240m3/s,控制聊城8個(gè)縣（市、區(qū)）85個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）的36hm2耕地，形成了以2條輸沙渠、2片沉沙區(qū)和3條干渠為骨干工程的灌溉網(wǎng)絡(luò)體系，是黃河下游最大的引黃灌區(qū)。復(fù)灌以來(lái)，累計(jì)引水400余億m3，有力支持了地方工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，打造了聊城江北水城的城市形象，還先后承擔(dān)了10余次引黃濟(jì)津和引黃（濟(jì)淀）入衛(wèi)等跨省跨流域調(diào)水任務(wù)，有力支援了兩省市經(jīng)濟(jì)及生態(tài)建設(shè)。

灌區(qū)布設(shè)了20個(gè)主要測(cè)站，負(fù)責(zé)灌區(qū)整個(gè)灌溉網(wǎng)絡(luò)體系的水沙測(cè)驗(yàn)任務(wù)，17個(gè)測(cè)站配備了全自動(dòng)測(cè)流設(shè)施。目前測(cè)流設(shè)施采用EKL-3A型全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用開口懸索式纜道，測(cè)流儀器主要采用旋漿式流速儀，配合先進(jìn)的水沙測(cè)驗(yàn)技術(shù)，采用無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。

2 EKL-3A型全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)工作原理及功能

EKL-3A型全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)集交流變頻調(diào)速、自動(dòng)定位控制、纜道無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)燃夹g(shù)于一體。主要由水文絞車、交流變頻器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、PLC（程序邏輯控制器）、光電增量編碼傳感器、無(wú)線測(cè)流信號(hào)系統(tǒng)（信號(hào)源和接收盒）、信號(hào)轉(zhuǎn)換板、通訊模塊（RS485轉(zhuǎn)RS232）、繼電器和接觸器等部分組成，每種儀器均可單獨(dú)使用，又可組合成套使用，工作原理如圖1。通過(guò)計(jì)算機(jī)可以對(duì)渠道任意斷面進(jìn)行流量測(cè)量。

圖1 EKL-3A型全自動(dòng)纜道測(cè)流系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)在微機(jī)的控制下,可實(shí)現(xiàn)測(cè)流過(guò)程的全面自動(dòng)控制,自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)計(jì)算及成果制表等。具體有以下功能:①自動(dòng)出車、定位、測(cè)量水深。②根據(jù)水深自動(dòng)選擇測(cè)流方案。③按給定的測(cè)線、測(cè)點(diǎn)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)到位,并自動(dòng)采集流速信號(hào)。

3 軟件操作

軟件功能主要由纜道測(cè)流、數(shù)據(jù)報(bào)表、測(cè)流數(shù)據(jù)圖形、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)文檔、退出系統(tǒng)等幾大項(xiàng)組成。

軟件支持“實(shí)測(cè)斷面流量測(cè)驗(yàn)”、“借用斷面流量測(cè)驗(yàn)”和在同一斷面中“混合測(cè)流”方式。在使用實(shí)測(cè)斷面測(cè)驗(yàn)時(shí)垂線的操作方法可選擇測(cè)流與測(cè)深兩種；在使用借用斷面測(cè)驗(yàn)時(shí)操作方法必須選擇為借用水深，要使用全自動(dòng)測(cè)流則必須配置測(cè)流垂線與參數(shù)且每進(jìn)行一次全自動(dòng)測(cè)流都必須配置一次，各項(xiàng)參數(shù)配置完成以后就可以進(jìn)行全自動(dòng)測(cè)流。

鉛魚下到垂線一定距離時(shí)，將進(jìn)行減速，到達(dá)垂線位置時(shí)自動(dòng)停車，并等待幾秒后自動(dòng)下降；接收到水面信號(hào)時(shí)，入水深自動(dòng)清零(這里的清零不是真正的零值而是鉛魚高度值)，同時(shí)水面信號(hào)燈被點(diǎn)亮；接收到渠底信號(hào)時(shí)自動(dòng)停車，同時(shí)渠底信號(hào)燈被點(diǎn)亮，等待幾秒后自動(dòng)提升；鉛魚將從下向上對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行逐一的測(cè)流。到達(dá)各測(cè)點(diǎn)時(shí)，等待幾秒后進(jìn)行流速信號(hào)采集，同時(shí)流速信號(hào)燈被點(diǎn)亮，所有測(cè)點(diǎn)測(cè)完后，鉛魚將繼續(xù)提升直到到限位點(diǎn)(提升限位)后停止，此時(shí)實(shí)測(cè)斷面圖中此條垂線由虛線變?yōu)閷?shí)線，并完成測(cè)流；然后繼續(xù)自動(dòng)前進(jìn)，進(jìn)行下面垂線的測(cè)流，直到所有垂線全部測(cè)完。

自動(dòng)測(cè)量基本上不需要人工干預(yù)，若遇特殊情況可進(jìn)行避讓障礙物、斷面補(bǔ)測(cè)、垂線重測(cè)等措施。

4 流量對(duì)比分析

以位山灌區(qū)三干渠周店測(cè)站為例，對(duì)EKL-3A型全自動(dòng)纜道測(cè)流和手動(dòng)測(cè)流數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析 （見表1）。兩種測(cè)流數(shù)據(jù)是在水位相同和水流穩(wěn)定情況相同條件下同時(shí)采集得到。對(duì)比數(shù)據(jù)最高閘下水位是36.99m（黃海高程，下同）,最低閘下水位是 34.89m，最大流量是128m3/s,最小流量是9.50m3/s，基本控制了測(cè)站近年來(lái)水位和流量變化范圍，有很好的代表性。

通過(guò)分析知，系統(tǒng)誤差 X2均=0.32%，X1均=0.28%，流量誤差均滿足測(cè)流要求，自動(dòng)測(cè)流數(shù)據(jù)偏離程度很小，測(cè)流精度滿足自動(dòng)測(cè)流技術(shù)要求，實(shí)測(cè)流量數(shù)據(jù)可以作為灌區(qū)計(jì)量供水收費(fèi)的重要依據(jù)。

5 應(yīng)用效果

5.1 降低了工作強(qiáng)度，提高了效率

該系統(tǒng)的成功運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了可靠靈活的水面布線、河底信號(hào)可靠采集傳輸、纜道測(cè)深和鉛魚的自動(dòng)升降及進(jìn)退，大大減輕了苦燥繁瑣的重復(fù)勞動(dòng)，提高了效率。

5.2 提高了測(cè)量精度

運(yùn)用該系統(tǒng)前，水面鉛魚定位采用目測(cè)，測(cè)深憑手感，運(yùn)行系統(tǒng)為可控制，數(shù)據(jù)誤差比較大；該系統(tǒng)啟用后，對(duì)起點(diǎn)距測(cè)驗(yàn)采用光電增量編碼傳感器，直接輸入計(jì)算機(jī)，并具有自動(dòng)修正起點(diǎn)距誤差功能，實(shí)現(xiàn)了起點(diǎn)距計(jì)算自動(dòng)化；通過(guò)建立可靠靈活的水面，河底信號(hào)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)深，極大提高了測(cè)流精度，消除了人為因素帶來(lái)的流量誤差。

表1 測(cè)流流量對(duì)比數(shù)據(jù)表

采用頻率調(diào)制技術(shù)傳送水下信號(hào)，變頻器作為調(diào)速控制裝置，光電增量編碼傳感器檢測(cè)位置等避免了老式測(cè)流設(shè)備存在的遲頓問題，縮小了儀器自身誤差，全面提高了測(cè)、報(bào)、整、算等過(guò)程精度。

5.3 渠道沖淤反映效果好

在測(cè)流過(guò)程中通過(guò)實(shí)測(cè)斷面圖可以隨時(shí)觀察鉛魚的位置，顯示各條垂線位置、間距和縱坐標(biāo)等渠底信息，清晰反映渠底沖刷或淤積情況，這種直觀的圖形交互界面使施測(cè)鉛魚的定位和運(yùn)行更靈活，也為掌握渠道淤積和泥沙運(yùn)行規(guī)律等情況提供了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。

[1]王鴻杰.流量自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)，2003.