河流流量在線監(jiān)測(cè)

1、河流流量在線監(jiān)測(cè)河流流量在線監(jiān)測(cè)技術(shù)技術(shù)及及應(yīng)用案例應(yīng)用案例海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)交流技術(shù)交流會(huì)會(huì) 2016.11.23 2廣東佛山馬口水文站廣東佛山馬口水文站 河寬河寬 550米米感潮河道，潮流共存感潮河道，潮流共存3長(zhǎng)委重慶北碚水文站長(zhǎng)委重慶北碚水文站 河寬河寬 220米米山溪性河流，水位變幅大山溪性河流，水位變幅大4浙江平湖青陽(yáng)匯水文站浙江平湖青陽(yáng)匯水文站 河寬河寬 100米米平原水網(wǎng)通航河道，流速緩慢平原水網(wǎng)通航河道，流速緩慢5浙江寧波水文站浙江寧波水文站 河寬河寬 150米米入?？诔毕拥?，雙向流速入?？诔毕拥?，雙向流速6浙江嵊州水文站浙江嵊州水文站 河寬河寬 300米米受下

2、游水工建筑物影響受下游水工建筑物影響l多普勒流速儀作為天然河道流量在線監(jiān)測(cè)多普勒流速儀作為天然河道流量在線監(jiān)測(cè) 儀器，已經(jīng)成為國(guó)際、國(guó)內(nèi)普遍的共識(shí)儀器，已經(jīng)成為國(guó)際、國(guó)內(nèi)普遍的共識(shí)l利用聲學(xué)多普勒頻移原理測(cè)量水流流速利用聲學(xué)多普勒頻移原理測(cè)量水流流速 通常簡(jiǎn)稱(chēng)為通常簡(jiǎn)稱(chēng)為 ADCPl適用于固定安裝、固定斷面的流量實(shí)時(shí)適用于固定安裝、固定斷面的流量實(shí)時(shí)在線在線監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)同樣同樣適用于常規(guī)測(cè)驗(yàn)困難、受工程影響測(cè)流適用于常規(guī)測(cè)驗(yàn)困難、受工程影響測(cè)流斷面斷面l選型：水平（側(cè)視）、選型：水平（側(cè)視）、 垂直（座底）垂直（座底） 取決于現(xiàn)場(chǎng)斷面的工況取決于現(xiàn)場(chǎng)斷面的工況多普勒流速儀應(yīng)用多普勒流速儀應(yīng)用l走航

3、式：適用于巡測(cè)、固定斷面、突發(fā)事件走航式：適用于巡測(cè)、固定斷面、突發(fā)事件測(cè)流的需要，靈活，不需率定和校正測(cè)流的需要，靈活，不需率定和校正l固定式：適用于固定斷面流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)固定式：適用于固定斷面流量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)適用于常規(guī)測(cè)驗(yàn)困難、受工程影響測(cè)流斷面適用于常規(guī)測(cè)驗(yàn)困難、受工程影響測(cè)流斷面l手持式：適用于枯期河道、濕地、突發(fā)事件手持式：適用于枯期河道、濕地、突發(fā)事件時(shí)流量快速測(cè)量等，靈活和簡(jiǎn)便時(shí)流量快速測(cè)量等，靈活和簡(jiǎn)便ADCP 三三種不同的應(yīng)用場(chǎng)合種不同的應(yīng)用場(chǎng)合l最大特點(diǎn)在于能夠自動(dòng)測(cè)量和實(shí)時(shí)測(cè)量最大特點(diǎn)在于能夠自動(dòng)測(cè)量和實(shí)時(shí)測(cè)量l而通常采用的測(cè)驗(yàn)方法，都無(wú)法做到自動(dòng)和實(shí)時(shí)而通常采用的測(cè)驗(yàn)

4、方法，都無(wú)法做到自動(dòng)和實(shí)時(shí)固定式多普勒剖面儀固定式多普勒剖面儀 - SL 1 ？固定式多普勒剖面儀固定式多普勒剖面儀 - SL 2 l為了做到自動(dòng)和實(shí)時(shí)，流量在線監(jiān)測(cè)采用間接測(cè)為了做到自動(dòng)和實(shí)時(shí)，流量在線監(jiān)測(cè)采用間接測(cè)量斷面平均流速的方法量斷面平均流速的方法l測(cè)量水平某層或垂直某條垂線的平均流速測(cè)量水平某層或垂直某條垂線的平均流速l采用率定方法（指標(biāo)流速法），建立采用率定方法（指標(biāo)流速法），建立SLSL實(shí)測(cè)流速實(shí)測(cè)流速與斷面平均流速之間的相關(guān)關(guān)系與斷面平均流速之間的相關(guān)關(guān)系固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面儀儀 - SL 3 l指標(biāo)流速法假設(shè)：某一部分流速與斷面平均流速指標(biāo)流速法假設(shè)：某一部分流

5、速與斷面平均流速存在著固定并唯一的關(guān)系存在著固定并唯一的關(guān)系Horizontal Beamsfor Remote VelocityMeasurementVertical Beamfor Stage Measurementl指標(biāo)流速法技術(shù)在水文系統(tǒng)的指標(biāo)流速法技術(shù)在水文系統(tǒng)的廣泛使用廣泛使用 轉(zhuǎn)子式流速儀測(cè)點(diǎn)流速轉(zhuǎn)子式流速儀測(cè)點(diǎn)流速 Vs Vs 垂線平均流速垂線平均流速固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面儀儀 - SL 4 l美國(guó)地調(diào)局的經(jīng)驗(yàn)，幾百米寬河流，仍然可以采美國(guó)地調(diào)局的經(jīng)驗(yàn)，幾百米寬河流，仍然可以采用幾十米內(nèi)的水平平均流速作為指標(biāo)流速用幾十米內(nèi)的水平平均流速作為指標(biāo)流速l測(cè)量實(shí)際的水位（水

6、深），通過(guò)預(yù)置的斷面幾何測(cè)量實(shí)際的水位（水深），通過(guò)預(yù)置的斷面幾何尺寸，由軟件計(jì)算出斷面面積尺寸，由軟件計(jì)算出斷面面積l實(shí)時(shí)瞬時(shí)流量實(shí)時(shí)瞬時(shí)流量 斷面平均流速斷面平均流速 斷面面積斷面面積固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面儀儀 SL 5 l采樣單元是否有代表性，是正確應(yīng)用的關(guān)鍵之一采樣單元是否有代表性，是正確應(yīng)用的關(guān)鍵之一通常河流的主槽最具有代表性通常河流的主槽最具有代表性軟件軟件多流層功能可以用以分析多流層功能可以用以分析在儀器測(cè)量范圍中選擇最合適的單元大小在儀器測(cè)量范圍中選擇最合適的單元大小不應(yīng)包含回水、紊流部分不應(yīng)包含回水、紊流部分固定式多普勒剖面儀固定式多普勒剖面儀 - SL 6 l保證

7、無(wú)障礙的通道，是另一個(gè)關(guān)鍵保證無(wú)障礙的通道，是另一個(gè)關(guān)鍵傳播路徑上障礙物會(huì)影響流速數(shù)據(jù)傳播路徑上障礙物會(huì)影響流速數(shù)據(jù)發(fā)射的超聲波是一個(gè)錐體，有一定的指向角發(fā)射的超聲波是一個(gè)錐體，有一定的指向角對(duì)河道水深有一定的要求對(duì)河道水深有一定的要求SonTek 探頭指向角探頭指向角 1.41.4，縱橫比，縱橫比 1:201:204040固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面儀儀 SL 7 l經(jīng)過(guò)比測(cè)和率定，才可獲得在線和實(shí)時(shí)的流量經(jīng)過(guò)比測(cè)和率定，才可獲得在線和實(shí)時(shí)的流量固定式多普勒剖面儀實(shí)測(cè)的是代表流速固定式多普勒剖面儀實(shí)測(cè)的是代表流速 指標(biāo)流速指標(biāo)流速建立指標(biāo)流速與斷面平均流速之間的關(guān)系，需要率定建立指標(biāo)流速

8、與斷面平均流速之間的關(guān)系，需要率定不同的流速或水位情況下進(jìn)行同步比測(cè)不同的流速或水位情況下進(jìn)行同步比測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到 關(guān)系曲線或回歸方程關(guān)系曲線或回歸方程16廣東佛山廣東佛山馬口水文站馬口水文站2006.4 2006.4 2006.82006.8潮汐河段潮汐河段Vm = 1.039 Vi + 0.104在線流速儀的在線流速儀的“困惑困惑” 1l在線流速儀不是在線流速儀不是 萬(wàn)能萬(wàn)能 的的，有很多，有很多使用限制使用限制水深與河寬比例的限制水深與河寬比例的限制 縱橫比縱橫比水位變幅的限制水位變幅的限制不正常流態(tài)分布的限制不正常流態(tài)分布的限制斷面變化頻繁的限制斷面

9、變化頻繁的限制在線流速儀的在線流速儀的“困惑困惑” 2l率定工作比較復(fù)雜（規(guī)則斷面除外）率定工作比較復(fù)雜（規(guī)則斷面除外）需要采用走航式流量計(jì)的同步比測(cè)需要采用走航式流量計(jì)的同步比測(cè)比比測(cè)點(diǎn)一般在測(cè)點(diǎn)一般在2020個(gè)點(diǎn)以上，覆蓋高、中、低流速個(gè)點(diǎn)以上，覆蓋高、中、低流速采用回歸分析的方法，確定率定公式采用回歸分析的方法，確定率定公式率率定關(guān)系線需通過(guò)三線檢驗(yàn)，精度符合規(guī)范要求定關(guān)系線需通過(guò)三線檢驗(yàn)，精度符合規(guī)范要求l率定周期較長(zhǎng)率定周期較長(zhǎng)SL 的選型的選型 l三三種規(guī)格：種規(guī)格：SL30003G, SL15003G, SL30003G, SL15003G, SL500SL500l主要技術(shù)指標(biāo)主

10、要技術(shù)指標(biāo)水平最大測(cè)量范圍水平最大測(cè)量范圍：5 5米，米，2020米，米，120120米米水深最大測(cè)量范圍：水深最大測(cè)量范圍：5 5米，米，1010米，米，1818米米最大流速：最大流速：7 7 米米/ /秒秒 6 6 米米/ /秒秒l選型取決于河道斷面的寬度、水深選型取決于河道斷面的寬度、水深SL 的的配置配置 l主機(jī)主機(jī)l電纜電纜線線基本配置基本配置 10 10 米，可訂購(gòu)最長(zhǎng)米，可訂購(gòu)最長(zhǎng)100 100 米米l雷擊浪涌保護(hù)器雷擊浪涌保護(hù)器 SPF 1500 1500頂端和底端，組成一套頂端和底端，組成一套南方多雷雨地區(qū)必配南方多雷雨地區(qū)必配獲得好的數(shù)據(jù)獲得好的數(shù)據(jù) 1l符合條件的斷面符合

11、條件的斷面 順直河道順直河道 穩(wěn)定流穩(wěn)定流l好的安裝好的安裝 安裝點(diǎn)位置安裝點(diǎn)位置 安裝高程安裝高程水平式水平式 的安裝的安裝 1l安裝位置的選擇安裝位置的選擇安裝在河岸邊或支架上安裝在河岸邊或支架上橋墩或其它建筑物側(cè)壁上橋墩或其它建筑物側(cè)壁上安裝的位置處于河道順直、穩(wěn)定的河段安裝的位置處于河道順直、穩(wěn)定的河段安裝位置的水層，有較好的代表性，避開(kāi)有回流安裝位置的水層，有較好的代表性，避開(kāi)有回流的地方的地方水平式的安裝水平式的安裝 2l安裝時(shí)的注意事項(xiàng)安裝時(shí)的注意事項(xiàng)安裝高程要根據(jù)具體情況而定?；驹瓌t是使安裝高程要根據(jù)具體情況而定。基本原則是使SLSL位于水深的位于水深的0.60.6處處離水面

12、或渠底最小距離，不同頻率的離水面或渠底最小距離，不同頻率的SLSL也不同，也不同，根據(jù)根據(jù) 1:201:2040 40 的比例原則的比例原則用用 SonTek 自帶軟件的波束診斷功能，檢查聲波自帶軟件的波束診斷功能，檢查聲波路徑是否有障礙物路徑是否有障礙物兩個(gè)聲學(xué)傳感器位于同一水平面上。同時(shí)要注意兩個(gè)聲學(xué)傳感器位于同一水平面上。同時(shí)要注意主機(jī)底面必須垂直，以保證波束為水平發(fā)射主機(jī)底面必須垂直，以保證波束為水平發(fā)射獲得好的數(shù)據(jù)獲得好的數(shù)據(jù) 2l好的設(shè)置好的設(shè)置采樣歷時(shí)的選擇采樣歷時(shí)的選擇采樣單元范圍的選擇采樣單元范圍的選擇 l好的維護(hù)好的維護(hù)探頭周?chē)乐拐谏w物探頭周?chē)乐拐谏w物采樣單元路徑?jīng)]有障

13、礙物采樣單元路徑?jīng)]有障礙物SL 的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì)l最小最小的指向的指向角角 1.4 1.4l內(nèi)置流量計(jì)算功能內(nèi)置流量計(jì)算功能l內(nèi)置羅盤(pán)內(nèi)置羅盤(pán)/ /傾斜計(jì)傾斜計(jì)l換能器的抑制旁瓣干擾功能換能器的抑制旁瓣干擾功能l率定軟件率定軟件 - - FlowPack安裝安裝高程要根據(jù)具體情況而定。基本原則是使高程要根據(jù)具體情況而定?；驹瓌t是使SLSL位于水深的位于水深的0.60.6處處SL 3G 的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì) 1l采用智能脈沖功能采用智能脈沖功能 SmartPulse HDl可可顯示和輸出顯示和輸出 128 128 個(gè)剖面單元個(gè)剖面單元l二套水深測(cè)量傳感器，并自動(dòng)定期校正能二套水深測(cè)量傳感器，并自動(dòng)定期校正

14、能l新的操作軟件，可實(shí)時(shí)顯示流速等數(shù)據(jù)新的操作軟件，可實(shí)時(shí)顯示流速等數(shù)據(jù)l在測(cè)量時(shí)，可提示訪問(wèn)存儲(chǔ)器和下載數(shù)據(jù)功能在測(cè)量時(shí)，可提示訪問(wèn)存儲(chǔ)器和下載數(shù)據(jù)功能l可輸入可輸入 200 200 個(gè)斷面點(diǎn)個(gè)斷面點(diǎn)l完善的自檢功能，露出水面時(shí)自動(dòng)停止發(fā)射完善的自檢功能，露出水面時(shí)自動(dòng)停止發(fā)射SL 3G 的優(yōu)勢(shì)的優(yōu)勢(shì) 2l配配有有 4 GB 的內(nèi)存，可存儲(chǔ)的內(nèi)存，可存儲(chǔ) 1 1 年的數(shù)據(jù)年的數(shù)據(jù)lRS-232，SDI-12，Modbus 的輸出格式的輸出格式l可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)并下載，而不中斷數(shù)據(jù)采集可實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)并下載，而不中斷數(shù)據(jù)采集l多個(gè)多個(gè) SmartQC 智能質(zhì)量控制功能，提示測(cè)智能質(zhì)量控制功能，提示

15、測(cè)量點(diǎn)潛在問(wèn)題量點(diǎn)潛在問(wèn)題 由狀態(tài)碼查找由狀態(tài)碼查找l強(qiáng)大的回訪和數(shù)據(jù)分析、圖表的功能強(qiáng)大的回訪和數(shù)據(jù)分析、圖表的功能座底式座底式 IQlI 智能智能 Q 流量流量l座底式安裝多普勒剖面儀座底式安裝多普勒剖面儀測(cè)量水深（水位）測(cè)量水深（水位）測(cè)量流速測(cè)量流速l計(jì)算流量和總水量計(jì)算流量和總水量l有三種型號(hào)有三種型號(hào) 標(biāo)準(zhǔn)型標(biāo)準(zhǔn)型 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 管道管道型型IQ 的亮點(diǎn)的亮點(diǎn) 1 沿軸線波束沿軸線波束（下游）（下游）沿軸線波束沿軸線波束（上游）（上游）斜向波束斜向波束安裝支架安裝支架通訊電源通訊電源 連接插座連接插座溫度傳感器溫度傳感器水位測(cè)量水位測(cè)量 垂直波束垂直波束 壓力傳感器壓力傳感器斜向波

16、束斜向波束l超薄、流線型設(shè)計(jì)（超薄、流線型設(shè)計(jì)（2.82.8cm 高）高）l5 個(gè)超聲波探頭（個(gè)超聲波探頭（3 3 MHz）1 1個(gè)測(cè)深探頭個(gè)測(cè)深探頭4 4個(gè)測(cè)速探頭個(gè)測(cè)速探頭l4 4 GB 內(nèi)存內(nèi)存l低功耗低功耗IQ 的亮點(diǎn)的亮點(diǎn) 2 l可測(cè)量的最小水深可測(cè)量的最小水深 8 8 cml智能功能智能功能 SmartPulseHDl安裝簡(jiǎn)單，幾乎不需要工程安裝簡(jiǎn)單，幾乎不需要工程l多種接口多種接口 RS232SDI-12Modbusl測(cè)量精度大大提高測(cè)量精度大大提高測(cè)深精度：垂直波束和壓力傳感器測(cè)深精度：垂直波束和壓力傳感器測(cè)速精度：測(cè)速精度：4 4個(gè)探頭，測(cè)量垂直和水平剖面流速個(gè)探頭，測(cè)量垂直

17、和水平剖面流速I(mǎi)Q 的應(yīng)用的應(yīng)用 lIQ - - 小型渠道小型渠道lIQ+ - - 較深渠道、天然河道較深渠道、天然河道 用于梯形的規(guī)則渠道用于梯形的規(guī)則渠道l管道型管道型 IQ - - 管道的量水管道的量水IQ Software Smart PageIQ SmartPulseHD 技術(shù)技術(shù)30 秒秒 采樣歷時(shí)平均值采樣歷時(shí)平均值SW 普通多普勒技術(shù)普通多普勒技術(shù)60 秒秒 采樣歷時(shí)平均值采樣歷時(shí)平均值11.21.41.61.822.200.511.522.5Velocity (ft/s)Depth (ft)0.811.21.41.61.8200.511.522.5Velocity (ft/s

18、)Depth (ft)IQ 的表現(xiàn)（流速剖面）的表現(xiàn)（流速剖面）l只需將裝有只需將裝有IQ的的安裝支架安裝支架，用兩個(gè)螺栓固定在渠用兩個(gè)螺栓固定在渠道中心線處即可（如圖）道中心線處即可（如圖）l用戶可以根據(jù)流向確定儀器安裝板插槽的方向用戶可以根據(jù)流向確定儀器安裝板插槽的方向l超低功耗可使用較小的太陽(yáng)能板和電池供電超低功耗可使用較小的太陽(yáng)能板和電池供電l配合簡(jiǎn)單支架，也可實(shí)現(xiàn)便攜式測(cè)量配合簡(jiǎn)單支架，也可實(shí)現(xiàn)便攜式測(cè)量IQ 的安裝的安裝應(yīng)用案例應(yīng)用案例 l牛欄江牛欄江- -滇池補(bǔ)水工程調(diào)水末端出滇池補(bǔ)水工程調(diào)水末端出口水質(zhì)水量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站口水質(zhì)水量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站lIQ安裝于出水口渠道中，實(shí)時(shí)監(jiān)控安裝于出水口渠道中，實(shí)時(shí)監(jiān)控渠道中的水流流量渠道中的水流流量l該渠道設(shè)計(jì)內(nèi)尺寸為該渠道設(shè)計(jì)內(nèi)尺寸為3.74m (寬寬) 4.3m(高高)，設(shè)計(jì)流量約設(shè)計(jì)流量約 23 m3/sl采用不銹鋼支架采用不銹鋼支架+ +導(dǎo)軌