□法立鵬（遼寧省本溪水文局）

水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新性提升與現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用

□法立鵬（遼寧省本溪水文局）

水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)方法創(chuàng)新一直以來(lái)都是中國(guó)水文建設(shè)工作所努力的目標(biāo)，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)雖然對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生過(guò)巨大效用，但同時(shí)也浪費(fèi)了大量資源，已經(jīng)不適應(yīng)于現(xiàn)代科學(xué)生產(chǎn)體系節(jié)約環(huán)保的發(fā)展理念。文章簡(jiǎn)要探討了水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新提升的必要性，并提出基于纜道水文測(cè)控系統(tǒng)這一現(xiàn)代化水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)的簡(jiǎn)要應(yīng)用流程，以體現(xiàn)水文測(cè)驗(yàn)領(lǐng)域發(fā)展的優(yōu)越性，從而保證其創(chuàng)新可持續(xù)發(fā)展。

水文測(cè)驗(yàn)；現(xiàn)代化理念；創(chuàng)新性；纜道水文測(cè)控系統(tǒng)

0 前言

水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新對(duì)促進(jìn)水文資料完善、水文勘測(cè)工作發(fā)展是具有積極現(xiàn)實(shí)意義的。通過(guò)水文測(cè)驗(yàn)所獲取的各種類型水文數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)精確計(jì)算、分析與整理，確保水利工程項(xiàng)目的穩(wěn)定推進(jìn)和社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益提升，所以一定要不斷創(chuàng)新和提高水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)理論與實(shí)踐內(nèi)容，走現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐路線。

1 水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新性提升

1.1 技術(shù)理念創(chuàng)新

技術(shù)理念創(chuàng)新就是指實(shí)現(xiàn)測(cè)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新運(yùn)用，確保測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)高精確度，進(jìn)而體現(xiàn)測(cè)驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)越性。具體來(lái)說(shuō)，水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)工作應(yīng)該強(qiáng)調(diào)資料收集創(chuàng)新，為水文測(cè)驗(yàn)方式多元化提供有利基礎(chǔ)條件。同時(shí)在測(cè)驗(yàn)技術(shù)設(shè)計(jì)目標(biāo)方面講求以社會(huì)需求為核心的設(shè)計(jì)服務(wù)理念，強(qiáng)調(diào)面向社會(huì)生產(chǎn)的測(cè)驗(yàn)設(shè)計(jì)服務(wù)管理觀念創(chuàng)新。

再一方面，就是要切實(shí)提升水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)的先進(jìn)性，在確保水文測(cè)驗(yàn)精度的前提條件下，降低測(cè)驗(yàn)成本，減少測(cè)驗(yàn)工作量，有效提升測(cè)驗(yàn)過(guò)程所達(dá)到目標(biāo)效果及報(bào)訊能力。要結(jié)合先進(jìn)測(cè)驗(yàn)儀器來(lái)有效配合實(shí)施水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)，提高測(cè)驗(yàn)過(guò)程的針對(duì)性與有效性。從傳統(tǒng)水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)實(shí)施過(guò)程來(lái)看，所涉及的設(shè)備數(shù)量、人力數(shù)量等都規(guī)模較大，而且要進(jìn)行全天候人力監(jiān)測(cè)，這種監(jiān)測(cè)工作設(shè)計(jì)所造成的資源浪費(fèi)是相當(dāng)巨大的。所以現(xiàn)代化水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程無(wú)人監(jiān)測(cè)，通過(guò)多元化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水文資料收集與測(cè)算的多樣性，同時(shí)為監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行加密，確保其水文站網(wǎng)格結(jié)構(gòu)建設(shè)發(fā)展的安全穩(wěn)定性。

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新

水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新方面就包括了對(duì)測(cè)驗(yàn)手段、方法以及適宜精度等方面內(nèi)容。

第一，測(cè)驗(yàn)方法創(chuàng)新，要做到對(duì)測(cè)驗(yàn)方法的科學(xué)性優(yōu)化，通常情況下在水文測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目中，例如：雨量測(cè)量、水位測(cè)量數(shù)據(jù)等等都能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄，而水流流量及泥沙測(cè)量則存在一定難度，所以要針對(duì)這兩方面來(lái)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新。

第二，流量測(cè)驗(yàn)，在實(shí)施測(cè)次布置過(guò)程中應(yīng)該利用專業(yè)技術(shù)設(shè)備，配合工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)尋找流量測(cè)驗(yàn)基本規(guī)律，為水文測(cè)驗(yàn)工作確定階段性目標(biāo)。在實(shí)際測(cè)次布置過(guò)程中，應(yīng)該發(fā)現(xiàn)測(cè)次布置工作所存在的問(wèn)題，創(chuàng)新修正檢測(cè)方案，結(jié)合專業(yè)水文材料，提出諸如水位法、單一線法等新的水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)最為合理有效的水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)流程。

在泥沙測(cè)量方面，則要克服成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度與難度大等問(wèn)題。可以采用懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)來(lái)測(cè)試泥沙的輸沙率與顆分率。與流量測(cè)驗(yàn)相比，輸沙率測(cè)驗(yàn)更注重測(cè)次布置和勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)化，其中顆分測(cè)驗(yàn)與輸沙率測(cè)驗(yàn)可以考慮同步進(jìn)行模式，一方面為降低測(cè)驗(yàn)成本，一方面也考慮到測(cè)次材料數(shù)據(jù)相對(duì)較少的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，應(yīng)該選擇合理的取樣方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的大膽創(chuàng)新。

第三，像非接觸測(cè)驗(yàn)領(lǐng)域所涵蓋的航空測(cè)驗(yàn)、雷達(dá)測(cè)驗(yàn)、超聲波測(cè)驗(yàn)及激光測(cè)驗(yàn)也是可以嘗試的新技術(shù)。例如：長(zhǎng)江委水文局在2009年開(kāi)始就已經(jīng)開(kāi)始實(shí)行雷達(dá)實(shí)時(shí)測(cè)流系統(tǒng)，圍繞

2 基于纜道水文測(cè)控系統(tǒng)的現(xiàn)代化水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐研究

2.1 纜道水文測(cè)控系統(tǒng)

纜道水文測(cè)控系統(tǒng)是目前比較現(xiàn)代化的水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用之一，適用于對(duì)明渠渡河水流量及泥沙含量的監(jiān)測(cè)測(cè)驗(yàn)過(guò)程，可以承載水文測(cè)驗(yàn)儀器確保其到達(dá)斷面指定位置，是典型的跨河測(cè)驗(yàn)設(shè)備。在纜道水文測(cè)控系統(tǒng)中，包括了纜道控制臺(tái)、水文絞車、測(cè)流鉛魚(yú)、流速傳感器、河底傳感器、水面?zhèn)鞲衅鳌y(cè)距定位儀等軟硬件設(shè)備，這些設(shè)備的組成也代表現(xiàn)代化水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)的先進(jìn)優(yōu)越性。

2.2 基于纜道水文測(cè)控系統(tǒng)的測(cè)流技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

2.2.1 技術(shù)概述

在江河水文測(cè)驗(yàn)工作體系中，水文流量測(cè)驗(yàn)相當(dāng)關(guān)鍵，為地方水利規(guī)劃、防洪抗旱、水利工程管理運(yùn)營(yíng)提供了可靠的技術(shù)依據(jù)與保護(hù)基礎(chǔ)。利用纜道水文測(cè)控系統(tǒng)中的鉛魚(yú)承載設(shè)備及流速儀測(cè)速測(cè)距方法來(lái)測(cè)定水流速度，在安全可靠性與效率方面都有所保證，而且其測(cè)流方法精度衡量標(biāo)準(zhǔn)較高，文章主要介紹該水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)方法的實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程。

2.2.2 基于水文纜道測(cè)距儀的測(cè)流技術(shù)

利用水文纜道測(cè)距儀、測(cè)速儀、光電傳感器再配合水文絞車就能實(shí)現(xiàn)水文測(cè)驗(yàn)中對(duì)水文流量的精確測(cè)量。

首先利用系統(tǒng)中測(cè)距儀為水文流速儀定位，通過(guò)光電信號(hào)數(shù)來(lái)測(cè)量鋼絲移動(dòng)繩長(zhǎng)，其中鉛魚(yú)的水平垂直位置要由移動(dòng)繩長(zhǎng)來(lái)決定。然后利用光電編碼信號(hào)和繩長(zhǎng)轉(zhuǎn)換系數(shù)來(lái)確定水文流量測(cè)量的起點(diǎn)距轉(zhuǎn)換系數(shù)及入水深轉(zhuǎn)換系數(shù)，其計(jì)算算式如下：

X=循環(huán)輪周長(zhǎng)/200（起點(diǎn)距轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算）

Hx=起重輪周長(zhǎng)/200（入水深轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算）

考慮到纜道橫跨水面并且存在一定弧度，所以利用光電碼器光電信號(hào)記錄繩長(zhǎng)實(shí)際起點(diǎn)，并與理論要求對(duì)比，最大限度降低起點(diǎn)距誤差。具體來(lái)說(shuō)，利用起點(diǎn)距經(jīng)緯儀來(lái)測(cè)出理論數(shù)值Y1～Yi，并根據(jù)主索垂弧度來(lái)測(cè)出實(shí)際繩長(zhǎng)X1～Xi，如圖1。

圖1 基于纜道水文測(cè)控系統(tǒng)的水文流量起點(diǎn)距圖

如圖1，在水文流量測(cè)量起點(diǎn)距圖中，它的第1段線修正系數(shù)應(yīng)該為：

它的第2段線修正系數(shù)應(yīng)該為：

以此類推，第i段線的修正系數(shù)應(yīng)該為：

當(dāng)系數(shù)被確定以后，可以采用測(cè)距儀來(lái)計(jì)算出起點(diǎn)距，假設(shè)起點(diǎn)距的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，L應(yīng)該為：

在該設(shè)計(jì)中，主要利用測(cè)距儀來(lái)記錄水流水平起點(diǎn)距及垂線起點(diǎn)距，并配合鉛魚(yú)來(lái)測(cè)試水深位置。因?yàn)闇y(cè)距儀是具有自動(dòng)向交流變頻調(diào)速功能的，可以極大程度提高水文測(cè)驗(yàn)的精確性及水流測(cè)量效率。

按照斷面水文總流量，要計(jì)算其相鄰兩垂線的水流平均流速與斷面部分流量，而各部分流量之和就是斷面間總流量，如圖2。

圖2 水文測(cè)驗(yàn)中的測(cè)流斷面示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

總體而言，目前中國(guó)的水文測(cè)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域還在朝著不斷創(chuàng)新方向發(fā)展的，就比如文章所提到的纜道水文測(cè)控系統(tǒng)就能較為系統(tǒng)、精確實(shí)現(xiàn)對(duì)水文流量、泥沙流量的高精度測(cè)量，優(yōu)化水文測(cè)驗(yàn)整體工作質(zhì)量。因此，在未來(lái)的水文測(cè)驗(yàn)領(lǐng)域還應(yīng)該引入更多靈活化、高科技技術(shù)，解放思想、轉(zhuǎn)變觀念、創(chuàng)新技術(shù)內(nèi)涵，確保我國(guó)水文測(cè)驗(yàn)事業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)。

［1］邢杰煒，王紅濤，呂世新等.水文測(cè)驗(yàn)中智能測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用分析［J］.河南科技，2015，（16）：18-19.

［2］趙軼軍.水文測(cè)驗(yàn)方式方法技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐與探討［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，5（28）：4717.

［3］劉佳佳.水文測(cè)驗(yàn)方式方法技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐與探討［J］.北京農(nóng)業(yè)，2015，（6）：154-154.

［4］余陽(yáng).水文纜道自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究［J］.信息系統(tǒng)工程，2014，（12）：34.

［5］李培培.基于ARM的纜道水文測(cè)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.華東交通大學(xué)，2009：10-15.

編輯：劉長(zhǎng)垠 韋詩(shī)佳

如圖2所示，假設(shè)第i條垂線與第i-1條垂線間距離為：

那么就能計(jì)算出第i條垂線的水深應(yīng)該為Hi，以此類推計(jì)算第i個(gè)部分的水文斷面面積應(yīng)該為：

如果第i條垂線上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均水流流速為Vi，就可以計(jì)算出水文斷面水流總流量Qi：

TV123

A

1673-8853（2017）03-0030-02

法立鵬（1981-），男，工程師，主要研究方向是水文測(cè)驗(yàn)。該系統(tǒng)技術(shù)展開(kāi)一系列的適應(yīng)性比較水文測(cè)試，并取得了相對(duì)理想的測(cè)驗(yàn)效果。

2017-1-5