水利工程论文-明渠截流水文监测中的高新技术及应用.doc

水利工程论文-明渠截流水文监测中的高新技术及应用摘要：三峡工程明渠截流具有截流落差大、流量大等特点。截流水文监测过程中，运用网络、GPS、ADCP等多项水文监测高新技术，收集了大量实时水文资料，为施工指挥、决策、设计等提供了依据。关键词：水文监测高新技术明渠截流三峡工程长江1前言长江三峡工程导流明渠截流具有截流落差高、流速流量大、截流总能量高、施工强度高等特点，影响因素众多，技术问题复杂。截流戗堤落差、堤头流速分布、戗堤形象、导流底孔分流比等水文信息对指导截流施工起着重要的支持作用。截流施工现场作业面较小，明渠内流态紊乱，封航前必须保证通航等原因使许多常规方法的水文测验无法实现。运用有线和无线网络、多波束测深和前视声呐系统、全球定位流量测量系统、激光全站仪、电波流速仪等高新技术和方法，及时准确地收集了大量流速、流量、水位、戗堤形象等实时资料，实现了信息的采集和发布自动化，避免了常规测验方法的缺点，确保了安全。截流过程中收集到的大量水文实测信息对指导截流施工起到了重要的作用。2网络技术应用三峡工程明渠截流水文信息处理数据量大，时间要求紧迫，如果按照常规方法处理，不可能满足工作需要。明渠截流期间，水文气象信息处理中心（以下简称中心）负责水位、流量、流速分布、导流底孔与坝址的分流比、固定断面监测、水面流速流向等数据的收集、分析、计算、整理、归档，并向截流决策部门、施工单位发布水文信息。利用现代计算机网络技术和信息处理技术建设现代化的信息服务系统，实现从信息采集到基于Web的实时发布，是明渠截流对水文信息处理工作的要求。2.1网络硬件环境三峡工程明渠截流水文气象信息网络，包括中心局域网、中心与长江三峡工程开发总公司（以下简称公司）网连接、公司网与长江水利委员会水文局（简称水文局）网连接。中心局域网包括1台服务器、7台微机、6台笔记本计算机、2台打印机，用双绞线连接到交换机。这台服务器兼WEB服务器、数据库服务器和拨号服务器。5条电话线路接调制解调器，用于客户拨号访问中心的网络。在其中的一台计算机上连接水位自记仪和无线数据传输电台。各外业站点配备计算机，其数据通过Internet、无线数据传输电台、或无线对讲机传到中心。在中心的服务器上安装双网卡，一块用于连接中心局域网，另一块用于与公司网互联。与公司网联接的网卡通过公司网分配的IP地址、网关联到公司网、上互联网。该IP地址由公司的域名服务器解析，公司用户用域名即可访问到中心的网站。2.2网络软件环境中心的服务器采用Windows2000Server网络操作系统。客户机及外业站点微机的操作系统为Windows98/Windows2000。外业站点与中心无线数据传输采用自行开发的通讯软件，或用电子邮件发送数据到中心。数据处理中心用自行开发的一系列软件建数据库、计算、分析、处理数据。在公司网上使用LotusNotes中文版网络软件。2.3网站建设与维护制作了三峡水文气象信息网，包括水文监测、坝址水情、龙口预报、气象信息、水文计算、上游水情等主要栏目。2.4数据收集、处理各外业站点的测验数据通过无线对讲机、无线数据传输电台、Internet邮件等传入数据处理中心。从外业站点发回数据处理中心的各种信息，全部存放在计算机硬盘上。由于采用了网络技术，整个系统的硬件、软件及数据资源都能共享，这样，数据处理中心工作人员就可相互协同工作，减小了各种数据在中心的滞留时间。数据处理中心工作人员，每收到一类信息，立即将其进行分析、计算、整理、归档，并及时向截流决策部门、施工单位发布水文信息。为了保证成果质量，点绘了落差与水位关系曲线、上下龙口最大流速过程线、上下戗堤水面宽变化过程线、导流底孔分流比过程线、坝址流量过程线等大量的图形，用于数据的合理、正确性分析。2.5信息发布发布主要内容包括水位、流量、流速、水面流速流向、固定断面、水下地形等资料和相关的分析成果。信息发布主要以网站的形式，辅以电子邮件、电话、传真、手机短信、人工递送等。公司网络用户直接上网访问网站。公司外用户可用拨号方式拨入中心的拨号服务器或公司的拨号服务器，来访问网站。网站采用动态的形式发数据，只要登录到数据库中的数据，即可在网站上及时看到。与此同时，根据截流的进展情况，一天一次、一天两次或两小时一次，制作水文监测综合信息，在网上发布。对公司的主要领导、相关单位及有关人员，将水文监测信息发送到他们的电子邮箱（或公司Notes邮箱）。对不能上公司网的单位，我们用传真的方式，发送水文信息。对现场决策、管理及施工单位，用手机短信或电话，及时发送主要数据。在形成龙口后，从其他作业组抽调了两人，用电话逐时发布水文监测数据。对公司主要领导、档案馆等有关单位，我们一天一次或两次，将水文监测资料、信息，制成纸介质文档，用人工递送。3多波束测深及前视声呐系统3.1系统简介多波束测深系统也称声呐阵列测深系统。随着计算机硬件与软件不断完善，以及GPS全球定位系统的应用，系统不仅在海洋测绘中得到广泛应用，而且在江河湖泊水下测绘中的作用日益广泛。多波束测深系统不仅实现了测深数据自动化和在外业准实时自动绘制出测区水下彩色等深图，而且还可利用多波束声信号进行侧扫成像，提供直观的测时水下形态，被形象地称为“水下CT”。多波束测深系统工作原理和单波束测深一样，是利用超声波原理进行工作的，不同的是多波束测深系统信号接收部分由n个成一定角度分布的相互独立的换能器完成，因此系统每次能采集到n个水深点信息。明渠截流水文监测中使用的多波束测深系统型号为SeaBat9001S，它具有两种发射工作方式。3.2系统组成多波束系统是一套多传感器系统，除多波束本身外，还包括定位测量系统、船舶姿态测量系统和船艏向测量系统。SeaBat9001S多波束测深系统由甲板单元处理器和水下探头两部分组成。其它配置包括处理器控制指令、采集和显示数据，水下探头发射和接受声呐脉冲；选件配置包括计算机、DGPS、运动传感器（MRU）、电罗经（CYRO）、视频信号记录器、旁扫记录器等。3.3在明渠截流中运用在明渠截流中，SeaBat9001S多波束测深系统主要用于明渠上、下戗堤围堰形象监测施测前，在临时船闸LS01号固定断面上进行了系统标定，标定项目包括导航系统时延（Latency）、纵偏（Pitch）、横偏（Roll）和艏偏（Yaw）。担任本次测量导航的软件为HypackMAX，作业时用图形和数字方式指示测船的航迹、偏航等各种导航信息。多波束数据采集由SeaBat9001S随机携带的“6042”软件完成。多波束数据后理采用加拿大通用系统公司（UniversalSystem）开发的商用软件“CARIS”。由于随着上、下戗堤龙口不断缩小，流速不断面增大，故本次采用从上游往下游施测线路，结果表明多束波信号接收良好。部分成果见图3：图3下戗堤龙口水下地形图通过CARIS软件对测量结果进行数学建模，可生成三维立体图。部分成果如图4所示。三峡工程明渠截流中，当上、下戗堤龙口接近40米时，多波束测深系统只一条航线就完成了水下布点工作，但如果采用单波束测深系统则最少要4条航线才能完成水下布点工作。这为减少测船通过龙口