全自動纜道測流系統在位山灌區的應用

張體剛，張傳剛，楊玉廣

（聊城市位山灌區管理處，山東 聊城 252000）

1 位山灌區及測站概況

位山灌區始建于1958年，1962年停灌，1970年復灌。渠首設計引水流量240m3/s,控制聊城8個縣（市、區）85個鄉（鎮）的36hm2耕地，形成了以2條輸沙渠、2片沉沙區和3條干渠為骨干工程的灌溉網絡體系，是黃河下游最大的引黃灌區。復灌以來，累計引水400余億m3，有力支持了地方工農業經濟建設，打造了聊城江北水城的城市形象，還先后承擔了10余次引黃濟津和引黃（濟淀）入衛等跨省跨流域調水任務，有力支援了兩省市經濟及生態建設。

灌區布設了20個主要測站，負責灌區整個灌溉網絡體系的水沙測驗任務，17個測站配備了全自動測流設施。目前測流設施采用EKL-3A型全自動纜道測流系統，該系統采用開口懸索式纜道，測流儀器主要采用旋漿式流速儀，配合先進的水沙測驗技術，采用無線傳輸的方式實現數據傳遞。

2 EKL-3A型全自動纜道測流系統工作原理及功能

EKL-3A型全自動纜道測流系統集交流變頻調速、自動定位控制、纜道無線信號傳輸等技術于一體。主要由水文絞車、交流變頻器、計算機、數據采集卡、PLC（程序邏輯控制器）、光電增量編碼傳感器、無線測流信號系統（信號源和接收盒）、信號轉換板、通訊模塊（RS485轉RS232）、繼電器和接觸器等部分組成，每種儀器均可單獨使用，又可組合成套使用，工作原理如圖1。通過計算機可以對渠道任意斷面進行流量測量。

圖1 EKL-3A型全自動纜道測流系統工作原理

系統在微機的控制下,可實現測流過程的全面自動控制,自動進行數據采集、數據處理、數據計算及成果制表等。具體有以下功能:①自動出車、定位、測量水深。②根據水深自動選擇測流方案。③按給定的測線、測點自動運動到位,并自動采集流速信號。

3 軟件操作

軟件功能主要由纜道測流、數據報表、測流數據圖形、參數設置、數據安全、系統文檔、退出系統等幾大項組成。

軟件支持“實測斷面流量測驗”、“借用斷面流量測驗”和在同一斷面中“混合測流”方式。在使用實測斷面測驗時垂線的操作方法可選擇測流與測深兩種；在使用借用斷面測驗時操作方法必須選擇為借用水深，要使用全自動測流則必須配置測流垂線與參數且每進行一次全自動測流都必須配置一次，各項參數配置完成以后就可以進行全自動測流。

鉛魚下到垂線一定距離時，將進行減速，到達垂線位置時自動停車，并等待幾秒后自動下降；接收到水面信號時，入水深自動清零(這里的清零不是真正的零值而是鉛魚高度值)，同時水面信號燈被點亮；接收到渠底信號時自動停車，同時渠底信號燈被點亮，等待幾秒后自動提升；鉛魚將從下向上對每個測點進行逐一的測流。到達各測點時，等待幾秒后進行流速信號采集，同時流速信號燈被點亮，所有測點測完后，鉛魚將繼續提升直到到限位點(提升限位)后停止，此時實測斷面圖中此條垂線由虛線變為實線，并完成測流；然后繼續自動前進，進行下面垂線的測流，直到所有垂線全部測完。

自動測量基本上不需要人工干預，若遇特殊情況可進行避讓障礙物、斷面補測、垂線重測等措施。

4 流量對比分析

以位山灌區三干渠周店測站為例，對EKL-3A型全自動纜道測流和手動測流數據進行對比分析 （見表1）。兩種測流數據是在水位相同和水流穩定情況相同條件下同時采集得到。對比數據最高閘下水位是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，基本控制了測站近年來水位和流量變化范圍，有很好的代表性。

通過分析知，系統誤差 X2均=0.32%，X1均=0.28%，流量誤差均滿足測流要求，自動測流數據偏離程度很小，測流精度滿足自動測流技術要求，實測流量數據可以作為灌區計量供水收費的重要依據。

5 應用效果

5.1 降低了工作強度，提高了效率

該系統的成功運用，實現了可靠靈活的水面布線、河底信號可靠采集傳輸、纜道測深和鉛魚的自動升降及進退，大大減輕了苦燥繁瑣的重復勞動，提高了效率。

5.2 提高了測量精度

運用該系統前，水面鉛魚定位采用目測，測深憑手感，運行系統為可控制，數據誤差比較大；該系統啟用后，對起點距測驗采用光電增量編碼傳感器，直接輸入計算機，并具有自動修正起點距誤差功能，實現了起點距計算自動化；通過建立可靠靈活的水面，河底信號實現了自動測深，極大提高了測流精度，消除了人為因素帶來的流量誤差。

表1 測流流量對比數據表

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

5.3 渠道沖淤反映效果好

在測流過程中通過實測斷面圖可以隨時觀察鉛魚的位置，顯示各條垂線位置、間距和縱坐標等渠底信息，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鉛魚的定位和運行更靈活，也為掌握渠道淤積和泥沙運行規律等情況提供了動態數據。

[1]王鴻杰.流量自動測控系統的研究與設計，2003.