桥用测流架在水文流量测验中的应用

侯志强，柴楠楠，初颂宾

（潍坊市水文局，山东 潍坊261061）

近几年，中小河流水文监测系统不断推进和完善，中小河流的水文流量测验大多选择了采用测流桥进行流量测验。采用测流桥测流对于流量施测人员安全性相对较高，人员可以远离水域，避免溺水等事故发生，同时，现在的河流大多都有交通桥，可以借用交通桥作为测流桥，节约资金，但借用交通桥作为测流桥，由于测流人员在桥上进行流量测验等工作，面对往来的车辆存在较大安全隐患，因此测流时的安全措施必不可少。同时测流桥出于安全考虑，大多都设有护栏，对于施测人员这是一个安全保障，同时也是一个施测障碍，特别对于铅鱼投放人员增加了工作难度。

桥用测流架是用于测流桥上人工测量水文数据的测流装置。该测流装置改变了传统的人工水深、流速测量的方式，进一步确保了人工水文测验的安全性、提高了水文测验精度、节省了人力，缩短了流量测验的时间，提高了洪水施测的时效性，为防汛减灾决策提供更为可靠的依据。桥用测流架目前在峡山水库水文站投入运行，运行情况良好，得到使用人员高度评价。

1 桥用测流架的设计

1）目的。设计一种简单、方便，适用于流速小于2.0 m/s 的中小河流水文站水文数据人工测量的测流装置。

2）方案。设计原则为利用现有水文测桥，结构尽量简单、方便操作。最大吊重为30 kg；适用于流速小于2.0 m/s；配备通用流速测算仪，适用于国内现有的各种类型流速仪，可以直接显示流速、流量。操纵方式：铅鱼升降、设备前进、后退均为无线遥控操作，整机为电动设计，自动化程度较高。

2 测桥及测流架的组成结构

2.1 测桥组成结构

桥上有2 根相距300 mm 相互平行的圆管导轨，圆管直径50 mm，测桥上支撑管直径42 mm。

2.2 测流架组成结构

测流架主要由电控机构、升降机构、行走机构、固定支架、电源系统、测算系统6 部分组成。

1）电控机构：控制直流电机的正反转，为升降机构和行走机构提供控制来源。

2）行走机构：用于测流架在测桥上来回滑动。由固定在支架上3 组滚轮组成；2 组固定滚轮十字分布，1 组放置在上圆管导轨顶面，1 组放置在下圆管导轨的侧面，1 组移动滚轮放置在下圆管导轨的侧面与固定滚轮的相对面。

3）固定支架：用于将测流架固定在测桥上，可以调节两组滚轮之间的距离，使来回拖动更顺畅。

4）升降机构：用于升降测流设备；升降卷扬机，配备专用的测量绳索，绳索内有电缆用于传送流速信号，卷扬机具有自动刹车功能。

5）测量系统：配有计数探头及数字计数器用于水深的测量；通过卷扬机上带有的航空插头，可以使用专用数据传输线用于和流速测算仪连接采集流速信号。适用于国内常用的全部流速仪，可以测量流速仪信号个数和测量时间，并直接计算出流速，同时可以储存50 个点流速。

6）电源系统：由60 AH 的铅酸蓄电池、过流保护器、充电控制器和太阳能电池板组成。铅酸电池为整个系统的电力来源，过流保护及充电控制器为电池的充放电提供安全保护。

3 桥用测流架的使用方法

1）先将测流架安装在测桥上，将上端的导向滑轮放在测桥护栏上，调整移动滑轮使其夹紧测桥护栏，夹紧程度以测流架能在钢管上顺畅滑动为止。将测流设备和配重悬挂在铠装电缆上，把铠装电缆中的芯线与流速仪绝缘端子连接，并做好防水绝缘处理。

2）把测流架的外伸臂调整到合适位置，操作卷扬机使测流设备放到水面，并将水深计数器清零，然后向下放铅鱼，到达河底得出水深，人工计算出测点水深位置，将设备提到测流位置，使用流速测算仪进行数据采集，设定好相关参数，开始测流，测量完一条垂线，将仪器提出水面。

3）测完一条垂线后，将测流设备提出水面，推动测流架到下一条垂线位置，重复上面的过程，最终完成整个断面测流。所有的流量测验数据传输至电脑，完成流量测验计算，并打印出流量测验成果表。

4 桥用测流架应用实例

目前，桥用测流架在潍坊市峡山水库水文站投入使用，经过一个汛期的使用，实际证明各项性能良好且稳定，满足各种水文测验工作需要。

2018 年6 月25 日至26 日，受冷空气和副热带高压边缘西南暖湿气流共同影响，潍坊市普降大到暴雨，局部大暴雨、特大暴雨。受此大范围降雨过程影响，弥河、汶河、渠河等主要河流均发生不同程度的洪水，大部分大中型水库蓄水增加。6 月25 日至26 日8 时，全市平均降雨量累计达128.1 mm，安丘市平均降雨量最大达214.9 mm，8 个县（市、区）平均降水量超过100 mm。临朐县东苇厂雨量站降雨量最大360.5 mm。本次强降雨过程，桥用测流架在水量监测、洪水测验过程中发挥很好的作用，高质量完成了洪水测验工作。

5 桥用测流架的优缺点

相对于传统的人工流速仪测流方式，利用桥用测流架进行流量测验，可以节省部分人力，且水深、流速测量的精度都要更高，如果与笔记本电脑能够实现连接的话，可以直接生成流量计算成果表，节省了纯人工测量的后期计算麻烦；相对于ADCP 测流方式，利用桥用测流架进行流量测验，可以避免河岸陡峭时，ADCP 运输下水的困难，也可以避免人工拖动测船的速度对流速的影响等。总之，桥用测流架相对于纯人工测流和ADCP 测流均有较大的优势。

但桥用测流架在水文流量测验中也存在一定的不足，如：测流架对测桥的护栏是有严格要求的，具有不符合条件的护栏就不能使用，大大降低了测流桥架的利用率；配备的铅鱼30 kg，悬挂铅鱼后，铅鱼底部至流速仪旋桨中心高度大概有0.40 m，对于低水位河流较难完成施测等。

6 建 议

1）增加入水感应装置，河底触探装置，铅鱼一接触水面立即发出信号，铅鱼一接触河底也立即发出信号，专用的水深测量仪负责接收这些信号，并根据信号立马计算出水深，这样可增加水深测量精度。

2）钢丝绳的收缩率控制好，确保质量，增加水深测量精度。只有确保悬挂铅鱼、流速仪的钢丝绳收缩率控制好了，才能减少绳索的收缩带来的水深测流误差，特别是热胀冷缩对绳索的影响，应该充分考虑，最好在夏季、冬季，对于测得的水深有个收缩系数进行折算，最大程度地提高水深测量精度。

3）现实中很多交通桥为混凝土浇筑的护栏，不能满足桥用测流架的应用，应设计一种便携式支架，易拆易装，随时可以在混凝土护栏旁边架起来，作为桥用测流架的固定支架，可以大大提高桥用测流架的利用率。

4）实现实测数据远传，提高数据传输的时效性，可以通过无线网络等无线传输技术，及时将现场测量的数据远传至电脑，并由电脑对数据进行分析计算、纠错分析等，达到现场测量和成果报告输出同步，提高水文数据的时效性，进一步为防汛抗旱工作提供技术支撑。

5）配备多种铅鱼，施测人员可以根据测流断面处水深的大小，选择不同型号的铅鱼悬挂流速仪，这样可以更大程度地提高桥用测流架在流量测验中的应用。

6）桥用测流架的设计进一步轻便、便于拆卸，能达到2 个人就可以迅速的完成组装、拆卸、流量测验等，避免因为设备笨重，增加流量测验人员数量。

7 结 论

桥用测流架在水文流量测验中，特别是在固定测桥使用非常方便，测量精度能够满足需要，值得推广使用，但需要在设计方面进一步提高，争取更大程度的满足需求。