淺談中小河流水文監測中流量自動檢測

周 杰

（安徽省茨淮新河工程管理局 懷遠 233400）

河水流量是對水文資源、水庫、江河湖泊等水量作出反映的重要資料，更是觀測河流的重要水文要素之一。新一代河水流量在線監測時，利用高質量在線監測儀器，得到的結果也更加具有高分辨率和高精準度。

1 自動測驗流量的原理

中小河流自動測量的主要措施是基于《中小河流水文監測系統測驗指導意見》而提出的，常見的測驗流量包含聲學時差法、垂直安裝ADCP 法、水平安裝ADCP 法等。這幾種方法在實際應用中具有較短的測驗時間和較高的精準度，在進行信息傳遞的時候也顯現出較高的效率，通過綜合運用這幾項技術可以及時地將水文信息傳遞給防汛部門，確保數據信息及時性和準確性。

水平安裝ADCP 法，是在橋墩、河岸、渠道側壁等建筑工程上安裝水平式聲學多普勒流速儀，同時確保安裝完成的換能器保持水平。安裝在探頭之上的聲學換能器在通電以后會發出聲波脈沖，超聲波傳入水中與水中的懸浮物產生反應，形成反射。部分反射的聲波借助于發射端傳輸到流速測量傳感器，并且通過利用反射回來的聲波隨時觀察水流量速度的變化情況，計算所有回波的多普勒頻移，獲得水層各個監測點的水流動速度分布情況，對水層水流動的速度分布情況完成動態性監測。靈活性地運用水平式聲學多普勒流速儀所提供的水流速度數據，有機結合斷面平均流速以及水平剖面流速關系模型，在最短時間內完成渠道流量和河流流量計算。

垂直安裝ADCP 法，在實際應用的過程中可選擇使用仰視式測流法和俯視式測流法兩種。在應用仰視式測流法的時候，需要在平臺、浮標以及測船等位置上安裝完成相應的測試儀器，在應用俯視式測流法的時候，需要在河流的底部位置基座之上完成儀器安裝。由安裝在探頭上的換能器完成聲波發射，通過測量探頭的上方位置或者下方位置的垂直水流分布情況，獲得水位值。基于代表線流動速度以及斷面位置的平均流動速度兩者之間的關系模型，實現對于斷面位置的平均流動速度推算，進而獲得斷面位置的流量值。在實施仰視式測流的過程中，只需要根據實際情況完成垂直線上的流速分布情況即可，而俯視式測流要基于多條垂線的流速分布值作為依據，從而完成對斷面位置的水流量計算。

聲學時差法，其組成是由測水位換能器以及測速換能器兩部分。安裝換能器的位置位于河道的兩側，定向完成聲波發射。因為受到水流動速度的影響，聲波在順水環境下傳播的時候，其實際速度是超過聲速。聲波在逆水環境下傳播的時候，其實際速度是低于聲速的。在獲取逆流方向和順流方向的傳輸時間時，需要使用超聲波時差流速儀實現，基于固定的測量距離便能獲得平均流速，之后再綜合運用構建完成的模型獲取斷面位置的平均流速和穩定層流速之間的關系。此外，通過運用水位計測量出當前河流的水位高度值，基于水位的面積關系獲取斷面面積，從而對斷面位置的流量情況作出判斷，在最短時間內獲取流量。

2 中小河流水文監測系統測驗方案設計原則

2.1 實用性原則

中小河流水文監測中流量自動測驗系統在具體應用中，要完善相應的配套設備和基礎設施，在必要的情況下，必須要保證中小河流水文監測中流量自動測驗系統與當地的水文情況和地理條件相符合，滿足實際需求。所以，當水文站進行實施檢測的時候，需要切實保障測驗方案與測驗系統的實用性原則，進而確保設計方案能夠為水文監測工作提供支撐，實現中小河流水文監測中流量結果的真實性和有效性。

2.2 可靠性原則

為了切實提升中小河流水文監測中流量檢測結果的準確性，需要綜合各類要素以保障巡檢方案的可靠性。在條件允許的前提之下，要盡可能地保障選擇使用的檢測設備具有完善的功能和可靠的性能，在進行檢測的時候要確保檢測技術成熟，實現設備在運行過程中的適應性與穩定性，即使是處于惡劣的環境，也可以實現設備的良性運轉，提高監測工作的效率與質量。在降水量充沛的時節，更應該保障監測工作落實的效率和結果的準確性，特別是在發生強對流天氣的時候，中小河流水文監測中流量監測結果的價值更加明顯。在外界情況影響之下，監測設備的運行狀態是對水文監測的巨大考驗。確定水文站的巡檢方案，必須要充分考慮現實問題。

3 中小河流水文監測中流量測驗技術手段

3.1 設備集成

水電站的自動監測設備結構組成分為四部分：第一部分是傳感器，第二部分是供電電源，第三部分是信息傳輸，第四部分是信息控制與采集。這些功能部件安裝的位置有室內和室外兩部分。自動控制與采集設備又詳細地劃分自動處理流量終端部分和采集數據信息終端。信息傳輸部分所包含的功能部件有北斗衛星數據傳輸終端和通用分組無線服務技術。供電電源部分所包含的結構有充電控制器部分和蓄電池部分，這兩部分功能設備集中在專用機柜中。室外需要安裝的設備有北斗衛星天線以及太陽能電池板，運用電纜將所有的電器設備進行連接，完成電力資源供應。

基于《降水量觀測規范》中的條例，與水文站所表現的實際情況相結合完成雨量傳感器的安裝，同時運用信號電纜完成與RTU 的連接。基于《水位觀測標準》中的條例，安裝與河流特性相符合的水位傳感器安裝，通過運用信號電纜完成與RTU 的連接。

3.2 數據采集控制

當與啟用條件相符合的時候，需要對流速傳感器做好嚴格控制，特別是傳感器獲取的數據結果，保障結果的準確性。根據事先設定完成的參數值和相關方法完成對水文的測驗，滿足斷面流量的計算。若是不具備啟用條件的時候，要基于動態性收集的水位信息，將預先放入水中的水位—流量關系直接進行計算，得到中小河流水文流量。在輸入緩沖區中實時輸入測流水位信息、實時流量信息以及流速傳感器信息等，查詢的時候利用RTU 實現。

4 結語

近年來我國水利工程建設規模和水量不斷擴大，為了切實保障水利工程發展的質量和效率，滿足其可持續發展的要求，推動社會穩定發展，強化對水文環境的研究與測量是當前水利工程的重點內容。在中小河流水文監測中流量自動測驗是現代水利工程發展的趨勢，利用現代科學技術手段使水文監測結果更加具有準確性，提升結果的應用能力，為水利工程發展提供幫助。本文以此為基礎，綜合性地分析與概述中小河流水文監測中流量自動測驗的相關技術和測驗原則，旨在通過分析的結果為當前水文監測提供參考，實現監測結果質量提升■