渠道断面自动测流系统在位山灌区测水量水中的应用

袁明霞，王爱苹

(位山灌区管理服务中心，山东 聊城 25200)

0 引 言

位山灌区是黄河中下游和山东省最大的引黄灌区，是聊城引进与配置黄河水资源的主要灌溉工程，现渠首设计引水流量240m3/s，设计灌溉面积36万hm2。

1 位山灌区测流现状

近年来位，山灌区大部分测站主要采用的是EKL-3A型全自动缆道测流系统。全自动缆道测流系统在灌区虽然成功应用，但因缆道式测流系统是建立在复杂的空间中，系统在测量过程受外界因素影响大，自动性差[2]，与灌区的自动化测水量水设施建设预期效果相差很远。所以灌区为进一步改进测水量水设施，优化配置供水，2019年新引进了渠道断面自动测流系统[1]。

2 渠道自动测流系统的概况(构架及功能、应用范围、垂线设置)

渠道断面自动测流系统是一种综合性的测量控制系统。 系统以自动化技术和计算机网络技术为核心，实现渠道断面水文数据的自动测流，是一种简单快捷操作简便的自动测流系统。

2.1 系统构架及功能

渠道断面自动测流车系统包括上位机、测流车、测流轨道、测流房四部分。测流房建在测流渠道合适的一侧，在测流渠道断面上修建一座钢构测桥,在测桥上游侧铺设两条平行轨道,轨道一端铺设到测流房内，测流车放置于测流房内的轨道上[2]。

上位机控制软件可远程控制监控整个测流过程，并具备动态仿真功能，可动画仿真整个测流过程。

测流车采用模块化设计，具有本地操作和远程操作功能。

系统具有自动采集水位、分层流速，自动测量水深、泥位功能，同时还具有根据采集的数据自动计算断面面积计和断面流量，并能自动生成数据报表功能。系统自动程度高，可预定测流时间，操作简单明了，整个测流过程中，可无需人员值守。

2.2 系统应用范围

渠道断面自动测流系统适用于渠道宽度100m以下，渠道深度10m以下，设计流速3m/s以下的渠道断面。

2.3 垂线设置

以位山灌区三干渠周店为例，根据渠道实际情况设置了7条测量垂线，共有六个测量区间，在轨道上根据设置的垂线条数标识出其位置,并在每个垂线处安装上标识器(图1所示)。以后,可根据需要加密或减少测量垂线。

3 测量原理

点击启动键测流时,测流车启动开启卷帘门，测流车沿轨道前行,测流车运行出测流房后，触碰到测量垂线标识器时,测流车停止前行，开始测量，自动下放仪器至渠底，测量水深及淤积深度，并及时反馈测量数据及测量状态。依据测点水位和水深数据自动判断用几点法进行测流，并自动算出高度预减值，根据高度预减值，仪器下放到一定的距离时自动减速，缓慢运行到到固定深度进行单点测量,测量完成后回收仪器,测流车继续前行至下一个测点进行测流，以此类推，待测流车对所有测点测量完成后，测流车返回至原点，返回原点后依据采集的数据计算出断面流量，并将数据发送至终端，卷帘门关闭，整个测流流程结束。

图1 渠道断面自动测流系统示意图

4 系统操作

系统操作分本地操作和远程操作，本地操作和远程操作都有自动运行模式和手动运行模式两种操作方式。本地操作是在现场通过测流车启动键和液晶触摸屏功能键进行测量操作控制，远程操作是通过上位机软件进行测量操作控制。无论是远程操作还是本地操作，无论是自动模式还是手动模式，只要处于测量状态，其测流的整个过程都以动态的形式显示在测流主界面上。

5 自动测流系统的应用效果

5.1 直观明了，为掌握渠道断面流量、淤积和泥沙运行等情况提供了动态数据

以往使用的EKL-3A型全自动缆道测流系统，在测量过程中，虽然也能观察到仪器运行状态、测流垂线的条数及渠道淤积情况，但系统不能自动计算出淤积深度，也不能观察到实时平均流速。测流车测流系统，在测流过程中，可自动计算出淤积厚度，实时平均泥位数据和实时平均流速数据以曲线图的形式显示在测流主界面上，为掌握渠道断面流量、淤积等情况提供了动态数据。

5.2 系统操作简单、降低了劳动强度 、缩短测流了时间，提高了工作效率

EKL-3A型全自动缆道测流系统受外界因素影响大，操作较复杂，测流时间较长，测流条件差，每次测流时需至少2-3人，并且测流人员需到野外测流房去进行测流。

该系统的应用，整个测流过程可足不出户，在测站的上位机软件上一人操作便可完成，操作简单，也可预定自动测流时间，全程可无需人员干预，大大降低了劳动强度、 节约劳动成本，改善了测流条件，缩短了测流时间，提高了工作效率。

5.3 系统自动性强，避免了人为因数带来的误差，提高了测量精度。

由于缆道式测流系统自动性差，每次测流时，都需要人工设置参数，需要测流人员将起始距距离及观测到水位数据输入系统后，才能进行测流，数据误差比较大。而渠道断面自动测流系统能够自动采集水位等数据，并根据采集的数据自动计算出断面流量，整个测流过程无需人工干预，避免了人为因素带来的误差，提高了测量精度。

5.4 测流数据对比分析

以三干渠周店站为例进行自动和手动测流结果对比(见附表)，其测流数据是在相同条件下采集得到。通过计算得ε1=0.45 %，

ε2=49%。通过自动和手动测流对比，测流数据偏离程度很小，系统误差在 l%范围内，流量误差符合《河流流量测验规范》的要求。

测流车流量测流数据对比，如表1所示。

表1 测流车流量测流数据对比

续表1 测流车流量测流数据对比

6 对该系统提出优化建议

6.1 将小车触碰感应改进为距离感应

根据渠道断面，设置完垂线后，需要在轨道上安装相应的标识器，若需增减垂线条数，需要将原来的标识器拆下来，重新安装。而轨道是架设在渠道断面上，改变标识器位置存在一定的危险性。如果能将小车触碰感应到标识器进行测流，改进为距离感应测流，即设置好垂线后，只需量出垂线到小车感应器的距离，小车按设置好垂线距离自动感应并运行到各垂线进行测流，这样可免去增减测流垂线时，拆装标识器带来的麻烦，同时为增减垂线提供方便。

6.2 提高测流系统的兼容性

位山灌区各个测流站实测数据的录入都是通过e平台来完成的，由于自动测流系统与灌区e平台是相互独立的两个系统，每次测流完都需要测流人员再将测流数据一一录入到到灌区e平台，如若自动测流系统与灌区e平台兼容 ，实现实测数据自动传输 ，会进一步提高测水量水工作效率。

6.3 增加防冻装置，解决冬季测流问题

冬季，流速仪旋转部件入水后收回过程中有结冰现象，致使测流工作不能正常进行。如果能增加流速仪防冻装置，减少流速仪在回收过程中的结冰现象，将使冬季测流工作顺利进行。

7 结 语

渠道自动测流系统的应用，降低了劳动强度，减少了劳动成本，改善了工作条件，缩短了测流时间，提高了工作效率和测量精度，应用效果良好。现已在位山灌区其他各个测流站点推广应用。