河流流量在線監(jiān)測

1、河流流量在線監(jiān)測河流流量在線監(jiān)測技術技術及及應用案例應用案例海洋環(huán)境監(jiān)測海洋環(huán)境監(jiān)測技術交流技術交流會會 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長委重慶北碚水文站長委重慶北碚水文站 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浙江平湖青陽匯水文站浙江平湖青陽匯水文站 河寬河寬 100米米平原水網通航河道，流速緩慢平原水網通航河道，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拥溃p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)測多普勒流速儀作為天然河道流量在線監(jiān)測 儀器，已經成為國際、國內普遍的共識儀器，已經成為國際、國內普遍的共識l利用聲學多普勒頻移原理測量水流流速利用聲學多普勒頻移原理測量水流流速 通常簡稱為通常簡稱為 ADCPl適用于固定安裝、固定斷面的流量實時適用于固定安裝、固定斷面的流量實時在線在線監(jiān)測監(jiān)測同樣同樣適用于常規(guī)測驗困難、受工程影響測流適用于常規(guī)測驗困難、受工程影響測流斷面斷面l選型：水平（側視）、選型：水平（側視）、 垂直（座底）垂直（座底） 取決于現場斷面的工況取決于現場斷面的工況多普勒流速儀應用多普勒流速儀應用l走航

3、式：適用于巡測、固定斷面、突發(fā)事件走航式：適用于巡測、固定斷面、突發(fā)事件測流的需要，靈活，不需率定和校正測流的需要，靈活，不需率定和校正l固定式：適用于固定斷面流量實時在線監(jiān)測固定式：適用于固定斷面流量實時在線監(jiān)測適用于常規(guī)測驗困難、受工程影響測流斷面適用于常規(guī)測驗困難、受工程影響測流斷面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)事件時流量快速測量等，靈活和簡便時流量快速測量等，靈活和簡便ADCP 三三種不同的應用場合種不同的應用場合l最大特點在于能夠自動測量和實時測量最大特點在于能夠自動測量和實時測量l而通常采用的測驗方法，都無法做到自動和實時而通常采用的測驗

4、方法，都無法做到自動和實時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為了做到自動和實時，流量在線監(jiān)測采用間接測為了做到自動和實時，流量在線監(jiān)測采用間接測量斷面平均流速的方法量斷面平均流速的方法l測量水平某層或垂直某條垂線的平均流速測量水平某層或垂直某條垂線的平均流速l采用率定方法（指標流速法），建立采用率定方法（指標流速法），建立SLSL實測流速實測流速與斷面平均流速之間的相關關系與斷面平均流速之間的相關關系固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面儀儀 - SL 3 l指標流速法假設：某一部分流速與斷面平均流速指標流速法假設：某一部分流

5、速與斷面平均流速存在著固定并唯一的關系存在著固定并唯一的關系Horizontal Beamsfor Remote VelocityMeasurementVertical Beamfor Stage Measurementl指標流速法技術在水文系統(tǒng)的指標流速法技術在水文系統(tǒng)的廣泛使用廣泛使用 轉子式流速儀測點流速轉子式流速儀測點流速 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美國地調局的經驗，幾百米寬河流，仍然可以采美國地調局的經驗，幾百米寬河流，仍然可以采用幾十米內的水平平均流速作為指標流速用幾十米內的水平平均流速作為指標流速l測量實際的水位（水

6、深），通過預置的斷面幾何測量實際的水位（水深），通過預置的斷面幾何尺寸，由軟件計算出斷面面積尺寸，由軟件計算出斷面面積l實時瞬時流量實時瞬時流量 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，是正確應用的關鍵之一采樣單元是否有代表性，是正確應用的關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量范圍中選擇最合適的單元大小在儀器測量范圍中選擇最合適的單元大小不應包含回水、紊流部分不應包含回水、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、無障礙的通道，是另一個關鍵保證無障礙的通道，是另一個關鍵傳播路徑上障礙物會影響流速數據傳播路徑上障礙物會影響流速數據發(fā)射的超聲波是一個錐體，有一定的指向角發(fā)射的超聲波是一個錐體，有一定的指向角對河道水深有一定的要求對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經過比測和率定，才可獲得在線和實時的流量經過比測和率定，才可獲得在線和實時的流量固定式多普勒剖面儀實測的是代表流速固定式多普勒剖面儀實測的是代表流速 指標流速指標流速建立指標流速與斷面平均流速之間的關系，需要率定建立指標流速

8、與斷面平均流速之間的關系，需要率定不同的流速或水位情況下進行同步比測不同的流速或水位情況下進行同步比測對數據進行回歸分析，得到對數據進行回歸分析，得到 關系曲線或回歸方程關系曲線或回歸方程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 萬能萬能 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率定工作比較復雜（規(guī)則斷面除外）率定工作比較復雜（規(guī)則斷面除外）需要采用走航式流量計的同步比測需要采用走航式流量計的同步比測比比測點一般在測點一般在2020個點以上，覆蓋高、中、低流速個點以上，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系線需通過三線檢驗，精度符合規(guī)范要求定關系線需通過三線檢驗，精度符合規(guī)范要求l率定周期較長率定周期較長SL 的選型的選型 l三三種規(guī)格：種規(guī)格：SL30003G, SL15003G, SL30003G, SL15003G, SL500SL500l主要技術指標主

10、要技術指標水平最大測量范圍水平最大測量范圍：5 5米，米，2020米，米，120120米米水深最大測量范圍：水深最大測量范圍：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主機主機l電纜電纜線線基本配置基本配置 10 10 米，可訂購最長米，可訂購最長100 100 米米l雷擊浪涌保護器雷擊浪涌保護器 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)必配獲得好的數據獲得好的數據 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 安裝點位置安裝點位置 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壁上橋墩或其它建筑物側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，避開有回流安裝位置的水層，有較好的代表性，避開有回流的地方的地方水平式的安裝水平式的安裝 2l安裝時的注意事項安裝時的注意事項安裝高程要根據具體情況而定。基本原則是使安裝高程要根據具體情況而定?；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，根據根據 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聲學傳感器位于同一水平面上。同時要注意兩個聲學傳感器位于同一水平面上。同時要注意主機底面必須垂直，以保證波束為水平發(fā)射主機底面必須垂直，以保證波束為水平發(fā)射獲得好的數據獲得好的數據 2l好的設置好的設置采樣歷時的選擇采樣歷時的選擇采樣單元范圍的選擇采樣單元范圍的選擇 l好的維護好的維護探頭周圍防止遮蓋物探頭周圍防止遮蓋物采樣單元路徑沒有障

13、礙物采樣單元路徑沒有障礙物SL 的優(yōu)勢的優(yōu)勢l最小最小的指向的指向角角 1.4 1.4l內置流量計算功能內置流量計算功能l內置羅盤內置羅盤/ /傾斜計傾斜計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具體情況而定。基本原則是使高程要根據具體情況而定。基本原則是使SLSL位于水深的位于水深的0.60.6處處SL 3G 的優(yōu)勢的優(yōu)勢 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 個剖面單元個剖面單元l二套水深測量傳感器，并自動定期校正能二套水深測量傳感器，并自動定期校正

14、能l新的操作軟件，可實時顯示流速等數據新的操作軟件，可實時顯示流速等數據l在測量時，可提示訪問存儲器和下載數據功能在測量時，可提示訪問存儲器和下載數據功能l可輸入可輸入 200 200 個斷面點個斷面點l完善的自檢功能，露出水面時自動停止發(fā)射完善的自檢功能，露出水面時自動停止發(fā)射SL 3G 的優(yōu)勢的優(yōu)勢 2l配配有有 4 GB 的內存，可存儲的內存，可存儲 1 1 年的數據年的數據lRS-232，SDI-12，Modbus 的輸出格式的輸出格式l可實時查看數據并下載，而不中斷數據采集可實時查看數據并下載，而不中斷數據采集l多個多個 SmartQC 智能質量控制功能，提示測智能質量控制功能，提示

15、測量點潛在問題量點潛在問題 由狀態(tài)碼查找由狀態(tài)碼查找l強大的回訪和數據分析、圖表的功能強大的回訪和數據分析、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量水深（水位）測量水深（水位）測量流速測量流速l計算流量和總水量計算流量和總水量l有三種型號有三種型號 標準型標準型 增強型增強型 管道管道型型IQ 的亮點的亮點 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量水位測量 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、流線型設計（超薄、流線型設計（2.82.8cm 高）高）l5 個超聲波探頭（個超聲波探頭（3 3 MHz）1 1個測深探頭個測深探頭4 4個測速探頭個測速探頭l4 4 GB 內存內存l低功耗低功耗IQ 的亮點的亮點 2 l可測量的最小水深可測量的最小水深 8 8 cml智能功能智能功能 SmartPulseHDl安裝簡單，幾乎不需要工程安裝簡單，幾乎不需要工程l多種接口多種接口 RS232SDI-12Modbusl測量精度大大提高測量精度大大提高測深精度：垂直波束和壓力傳感器測深精度：垂直波束和壓力傳感器測速精度：測速精度：4 4個探頭，測量垂直和水平剖面流速個探頭，測量垂直

17、和水平剖面流速IQ 的應用的應用 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 技術技術30 秒秒 采樣歷時平均值采樣歷時平均值SW 普通多普勒技術普通多普勒技術60 秒秒 采樣歷時平均值采樣歷時平均值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（流速剖面）的表現（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，用兩個螺栓固定在渠用兩個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用戶可以根據流向確定儀器安裝板插槽的方向用戶可以根據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能板和電池供電超低功耗可使用較小的太陽能板和電池供電l配合簡單支架，也可實現便攜式測量配合簡單支架，也可實現便攜式測量IQ 的安裝的安裝應用案例應用案例 l牛欄江牛欄江- -滇池補水工程調水末端出滇池補水工程調水末端出口水質水量自動監(jiān)測站口水質水量自動監(jiān)測站lIQ安裝于出水口渠道中，實時監(jiān)控安裝于出水口渠道中，實時監(jiān)控渠道中的水流流量渠道中的水流流量l該渠道設計內尺寸為該渠道設計內尺寸為3.74m (寬寬) 4.3m(高高)，設計流量約設計流量約 23 m3/sl采用不銹鋼支架采用不銹鋼支架+ +導軌