侯志強(qiáng)，柴楠楠，初頌賓

（濰坊市水文局，山東 濰坊261061）

近幾年，中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)不斷推進(jìn)和完善，中小河流的水文流量測驗(yàn)大多選擇了采用測流橋進(jìn)行流量測驗(yàn)。采用測流橋測流對(duì)于流量施測人員安全性相對(duì)較高，人員可以遠(yuǎn)離水域，避免溺水等事故發(fā)生，同時(shí)，現(xiàn)在的河流大多都有交通橋，可以借用交通橋作為測流橋，節(jié)約資金，但借用交通橋作為測流橋，由于測流人員在橋上進(jìn)行流量測驗(yàn)等工作，面對(duì)往來的車輛存在較大安全隱患，因此測流時(shí)的安全措施必不可少。同時(shí)測流橋出于安全考慮，大多都設(shè)有護(hù)欄，對(duì)于施測人員這是一個(gè)安全保障，同時(shí)也是一個(gè)施測障礙，特別對(duì)于鉛魚投放人員增加了工作難度。

橋用測流架是用于測流橋上人工測量水文數(shù)據(jù)的測流裝置。該測流裝置改變了傳統(tǒng)的人工水深、流速測量的方式，進(jìn)一步確保了人工水文測驗(yàn)的安全性、提高了水文測驗(yàn)精度、節(jié)省了人力，縮短了流量測驗(yàn)的時(shí)間，提高了洪水施測的時(shí)效性，為防汛減災(zāi)決策提供更為可靠的依據(jù)。橋用測流架目前在峽山水庫水文站投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，得到使用人員高度評(píng)價(jià)。

1 橋用測流架的設(shè)計(jì)

1）目的。設(shè)計(jì)一種簡單、方便，適用于流速小于2.0 m/s 的中小河流水文站水文數(shù)據(jù)人工測量的測流裝置。

2）方案。設(shè)計(jì)原則為利用現(xiàn)有水文測橋，結(jié)構(gòu)盡量簡單、方便操作。最大吊重為30 kg；適用于流速小于2.0 m/s；配備通用流速測算儀，適用于國內(nèi)現(xiàn)有的各種類型流速儀，可以直接顯示流速、流量。操縱方式：鉛魚升降、設(shè)備前進(jìn)、后退均為無線遙控操作，整機(jī)為電動(dòng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)化程度較高。

2 測橋及測流架的組成結(jié)構(gòu)

2.1 測橋組成結(jié)構(gòu)

橋上有2 根相距300 mm 相互平行的圓管導(dǎo)軌，圓管直徑50 mm，測橋上支撐管直徑42 mm。

2.2 測流架組成結(jié)構(gòu)

測流架主要由電控機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、固定支架、電源系統(tǒng)、測算系統(tǒng)6 部分組成。

1）電控機(jī)構(gòu)：控制直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，為升降機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)提供控制來源。

2）行走機(jī)構(gòu)：用于測流架在測橋上來回滑動(dòng)。由固定在支架上3 組滾輪組成；2 組固定滾輪十字分布，1 組放置在上圓管導(dǎo)軌頂面，1 組放置在下圓管導(dǎo)軌的側(cè)面，1 組移動(dòng)滾輪放置在下圓管導(dǎo)軌的側(cè)面與固定滾輪的相對(duì)面。

3）固定支架：用于將測流架固定在測橋上，可以調(diào)節(jié)兩組滾輪之間的距離，使來回拖動(dòng)更順暢。

4）升降機(jī)構(gòu)：用于升降測流設(shè)備；升降卷揚(yáng)機(jī)，配備專用的測量繩索，繩索內(nèi)有電纜用于傳送流速信號(hào)，卷揚(yáng)機(jī)具有自動(dòng)剎車功能。

5）測量系統(tǒng)：配有計(jì)數(shù)探頭及數(shù)字計(jì)數(shù)器用于水深的測量；通過卷揚(yáng)機(jī)上帶有的航空插頭，可以使用專用數(shù)據(jù)傳輸線用于和流速測算儀連接采集流速信號(hào)。適用于國內(nèi)常用的全部流速儀，可以測量流速儀信號(hào)個(gè)數(shù)和測量時(shí)間，并直接計(jì)算出流速，同時(shí)可以儲(chǔ)存50 個(gè)點(diǎn)流速。

6）電源系統(tǒng)：由60 AH 的鉛酸蓄電池、過流保護(hù)器、充電控制器和太陽能電池板組成。鉛酸電池為整個(gè)系統(tǒng)的電力來源，過流保護(hù)及充電控制器為電池的充放電提供安全保護(hù)。

3 橋用測流架的使用方法

1）先將測流架安裝在測橋上，將上端的導(dǎo)向滑輪放在測橋護(hù)欄上，調(diào)整移動(dòng)滑輪使其夾緊測橋護(hù)欄，夾緊程度以測流架能在鋼管上順暢滑動(dòng)為止。將測流設(shè)備和配重懸掛在鎧裝電纜上，把鎧裝電纜中的芯線與流速儀絕緣端子連接，并做好防水絕緣處理。

2）把測流架的外伸臂調(diào)整到合適位置，操作卷揚(yáng)機(jī)使測流設(shè)備放到水面，并將水深計(jì)數(shù)器清零，然后向下放鉛魚，到達(dá)河底得出水深，人工計(jì)算出測點(diǎn)水深位置，將設(shè)備提到測流位置，使用流速測算儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，設(shè)定好相關(guān)參數(shù)，開始測流，測量完一條垂線，將儀器提出水面。

3）測完一條垂線后，將測流設(shè)備提出水面，推動(dòng)測流架到下一條垂線位置，重復(fù)上面的過程，最終完成整個(gè)斷面測流。所有的流量測驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸至電腦，完成流量測驗(yàn)計(jì)算，并打印出流量測驗(yàn)成果表。

4 橋用測流架應(yīng)用實(shí)例

目前，橋用測流架在濰坊市峽山水庫水文站投入使用，經(jīng)過一個(gè)汛期的使用，實(shí)際證明各項(xiàng)性能良好且穩(wěn)定，滿足各種水文測驗(yàn)工作需要。

2018 年6 月25 日至26 日，受冷空氣和副熱帶高壓邊緣西南暖濕氣流共同影響，濰坊市普降大到暴雨，局部大暴雨、特大暴雨。受此大范圍降雨過程影響，彌河、汶河、渠河等主要河流均發(fā)生不同程度的洪水，大部分大中型水庫蓄水增加。6 月25 日至26 日8 時(shí)，全市平均降雨量累計(jì)達(dá)128.1 mm，安丘市平均降雨量最大達(dá)214.9 mm，8 個(gè)縣（市、區(qū)）平均降水量超過100 mm。臨朐縣東葦廠雨量站降雨量最大360.5 mm。本次強(qiáng)降雨過程，橋用測流架在水量監(jiān)測、洪水測驗(yàn)過程中發(fā)揮很好的作用，高質(zhì)量完成了洪水測驗(yàn)工作。

5 橋用測流架的優(yōu)缺點(diǎn)

相對(duì)于傳統(tǒng)的人工流速儀測流方式，利用橋用測流架進(jìn)行流量測驗(yàn)，可以節(jié)省部分人力，且水深、流速測量的精度都要更高，如果與筆記本電腦能夠?qū)崿F(xiàn)連接的話，可以直接生成流量計(jì)算成果表，節(jié)省了純?nèi)斯y量的后期計(jì)算麻煩；相對(duì)于ADCP 測流方式，利用橋用測流架進(jìn)行流量測驗(yàn)，可以避免河岸陡峭時(shí)，ADCP 運(yùn)輸下水的困難，也可以避免人工拖動(dòng)測船的速度對(duì)流速的影響等?？傊?，橋用測流架相對(duì)于純?nèi)斯y流和ADCP 測流均有較大的優(yōu)勢(shì)。

但橋用測流架在水文流量測驗(yàn)中也存在一定的不足，如：測流架對(duì)測橋的護(hù)欄是有嚴(yán)格要求的，具有不符合條件的護(hù)欄就不能使用，大大降低了測流橋架的利用率；配備的鉛魚30 kg，懸掛鉛魚后，鉛魚底部至流速儀旋槳中心高度大概有0.40 m，對(duì)于低水位河流較難完成施測等。

6 建 議

1）增加入水感應(yīng)裝置，河底觸探裝置，鉛魚一接觸水面立即發(fā)出信號(hào)，鉛魚一接觸河底也立即發(fā)出信號(hào)，專用的水深測量儀負(fù)責(zé)接收這些信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)立馬計(jì)算出水深，這樣可增加水深測量精度。

2）鋼絲繩的收縮率控制好，確保質(zhì)量，增加水深測量精度。只有確保懸掛鉛魚、流速儀的鋼絲繩收縮率控制好了，才能減少繩索的收縮帶來的水深測流誤差，特別是熱脹冷縮對(duì)繩索的影響，應(yīng)該充分考慮，最好在夏季、冬季，對(duì)于測得的水深有個(gè)收縮系數(shù)進(jìn)行折算，最大程度地提高水深測量精度。

3）現(xiàn)實(shí)中很多交通橋?yàn)榛炷翝仓淖o(hù)欄，不能滿足橋用測流架的應(yīng)用，應(yīng)設(shè)計(jì)一種便攜式支架，易拆易裝，隨時(shí)可以在混凝土護(hù)欄旁邊架起來，作為橋用測流架的固定支架，可以大大提高橋用測流架的利用率。

4）實(shí)現(xiàn)實(shí)測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)效性，可以通過無線網(wǎng)絡(luò)等無線傳輸技術(shù)，及時(shí)將現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至電腦，并由電腦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算、糾錯(cuò)分析等，達(dá)到現(xiàn)場測量和成果報(bào)告輸出同步，提高水文數(shù)據(jù)的時(shí)效性，進(jìn)一步為防汛抗旱工作提供技術(shù)支撐。

5）配備多種鉛魚，施測人員可以根據(jù)測流斷面處水深的大小，選擇不同型號(hào)的鉛魚懸掛流速儀，這樣可以更大程度地提高橋用測流架在流量測驗(yàn)中的應(yīng)用。

6）橋用測流架的設(shè)計(jì)進(jìn)一步輕便、便于拆卸，能達(dá)到2 個(gè)人就可以迅速的完成組裝、拆卸、流量測驗(yàn)等，避免因?yàn)樵O(shè)備笨重，增加流量測驗(yàn)人員數(shù)量。

7 結(jié) 論

橋用測流架在水文流量測驗(yàn)中，特別是在固定測橋使用非常方便，測量精度能夠滿足需要，值得推廣使用，但需要在設(shè)計(jì)方面進(jìn)一步提高，爭取更大程度的滿足需求。