橋用測流架在水文流量測驗中的應用

侯志強，柴楠楠，初頌賓

（濰坊市水文局，山東 濰坊261061）

近幾年，中小河流水文監測系統不斷推進和完善，中小河流的水文流量測驗大多選擇了采用測流橋進行流量測驗。采用測流橋測流對于流量施測人員安全性相對較高，人員可以遠離水域，避免溺水等事故發生，同時，現在的河流大多都有交通橋，可以借用交通橋作為測流橋，節約資金，但借用交通橋作為測流橋，由于測流人員在橋上進行流量測驗等工作，面對往來的車輛存在較大安全隱患，因此測流時的安全措施必不可少。同時測流橋出于安全考慮，大多都設有護欄，對于施測人員這是一個安全保障，同時也是一個施測障礙，特別對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據的測流裝置。該測流裝置改變了傳統的人工水深、流速測量的方式，進一步確保了人工水文測驗的安全性、提高了水文測驗精度、節省了人力，縮短了流量測驗的時間，提高了洪水施測的時效性，為防汛減災決策提供更為可靠的依據。橋用測流架目前在峽山水庫水文站投入運行，運行情況良好，得到使用人員高度評價。

1 橋用測流架的設計

1）目的。設計一種簡單、方便，適用于流速小于2.0 m/s 的中小河流水文站水文數據人工測量的測流裝置。

2）方案。設計原則為利用現有水文測橋，結構盡量簡單、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，適用于國內現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、設備前進、后退均為無線遙控操作，整機為電動設計，自動化程度較高。

2 測橋及測流架的組成結構

2.1 測橋組成結構

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

2.2 測流架組成結構

測流架主要由電控機構、升降機構、行走機構、固定支架、電源系統、測算系統6 部分組成。

1）電控機構：控制直流電機的正反轉，為升降機構和行走機構提供控制來源。

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

3）固定支架：用于將測流架固定在測橋上，可以調節兩組滾輪之間的距離，使來回拖動更順暢。

4）升降機構：用于升降測流設備；升降卷揚機，配備專用的測量繩索，繩索內有電纜用于傳送流速信號，卷揚機具有自動剎車功能。

5）測量系統：配有計數探頭及數字計數器用于水深的測量；通過卷揚機上帶有的航空插頭，可以使用專用數據傳輸線用于和流速測算儀連接采集流速信號。適用于國內常用的全部流速儀，可以測量流速儀信號個數和測量時間，并直接計算出流速，同時可以儲存50 個點流速。

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

3 橋用測流架的使用方法

1）先將測流架安裝在測橋上，將上端的導向滑輪放在測橋護欄上，調整移動滑輪使其夾緊測橋護欄，夾緊程度以測流架能在鋼管上順暢滑動為止。將測流設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整到合適位置，操作卷揚機使測流設備放到水面，并將水深計數器清零，然后向下放鉛魚，到達河底得出水深，人工計算出測點水深位置，將設備提到測流位置，使用流速測算儀進行數據采集，設定好相關參數，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，將測流設備提出水面，推動測流架到下一條垂線位置，重復上面的過程，最終完成整個斷面測流。所有的流量測驗數據傳輸至電腦，完成流量測驗計算，并打印出流量測驗成果表。

4 橋用測流架應用實例

目前，橋用測流架在濰坊市峽山水庫水文站投入使用，經過一個汛期的使用，實際證明各項性能良好且穩定，滿足各種水文測驗工作需要。

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，全市平均降雨量累計達128.1 mm，安丘市平均降雨量最大達214.9 mm，8 個縣（市、區）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。本次強降雨過程，橋用測流架在水量監測、洪水測驗過程中發揮很好的作用，高質量完成了洪水測驗工作。

5 橋用測流架的優缺點

相對于傳統的人工流速儀測流方式，利用橋用測流架進行流量測驗，可以節省部分人力，且水深、流速測量的精度都要更高，如果與筆記本電腦能夠實現連接的話，可以直接生成流量計算成果表，節省了純人工測量的后期計算麻煩；相對于ADCP 測流方式，利用橋用測流架進行流量測驗，可以避免河岸陡峭時，ADCP 運輸下水的困難，也可以避免人工拖動測船的速度對流速的影響等。總之，橋用測流架相對于純人工測流和ADCP 測流均有較大的優勢。

但橋用測流架在水文流量測驗中也存在一定的不足，如：測流架對測橋的護欄是有嚴格要求的，具有不符合條件的護欄就不能使用，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，對于低水位河流較難完成施測等。

6 建 議

1）增加入水感應裝置，河底觸探裝置，鉛魚一接觸水面立即發出信號，鉛魚一接觸河底也立即發出信號，專用的水深測量儀負責接收這些信號，并根據信號立馬計算出水深，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，特別是熱脹冷縮對繩索的影響，應該充分考慮，最好在夏季、冬季，對于測得的水深有個收縮系數進行折算，最大程度地提高水深測量精度。

3）現實中很多交通橋為混凝土澆筑的護欄，不能滿足橋用測流架的應用，應設計一種便攜式支架，易拆易裝，隨時可以在混凝土護欄旁邊架起來，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）實現實測數據遠傳，提高數據傳輸的時效性，可以通過無線網絡等無線傳輸技術，及時將現場測量的數據遠傳至電腦，并由電腦對數據進行分析計算、糾錯分析等，達到現場測量和成果報告輸出同步，提高水文數據的時效性，進一步為防汛抗旱工作提供技術支撐。

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

6）橋用測流架的設計進一步輕便、便于拆卸，能達到2 個人就可以迅速的完成組裝、拆卸、流量測驗等，避免因為設備笨重，增加流量測驗人員數量。

7 結 論

橋用測流架在水文流量測驗中，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，但需要在設計方面進一步提高，爭取更大程度的滿足需求。