河流流量在线监测

1、河流流量在线监测河流流量在线监测技术技术及及应用案例应用案例海洋环境监测海洋环境监测技术交流技术交流会会 2016.11.23 2广东佛山马口水文站广东佛山马口水文站 河宽河宽 550米米感潮河道，潮流共存感潮河道，潮流共存3长委重庆北碚水文站长委重庆北碚水文站 河宽河宽 220米米山溪性河流，水位变幅大山溪性河流，水位变幅大4浙江平湖青阳汇水文站浙江平湖青阳汇水文站 河宽河宽 100米米平原水网通航河道，流速缓慢平原水网通航河道，流速缓慢5浙江宁波水文站浙江宁波水文站 河宽河宽 150米米入海口潮汐河道，双向流速入海口潮汐河道，双向流速6浙江嵊州水文站浙江嵊州水文站 河宽河宽 300米米受下

2、游水工建筑物影响受下游水工建筑物影响l多普勒流速仪作为天然河道流量在线监测多普勒流速仪作为天然河道流量在线监测 仪器，已经成为国际、国内普遍的共识仪器，已经成为国际、国内普遍的共识l利用声学多普勒频移原理测量水流流速利用声学多普勒频移原理测量水流流速 通常简称为通常简称为 ADCPl适用于固定安装、固定断面的流量实时适用于固定安装、固定断面的流量实时在线在线监测监测同样同样适用于常规测验困难、受工程影响测流适用于常规测验困难、受工程影响测流断面断面l选型：水平（侧视）、选型：水平（侧视）、 垂直（座底）垂直（座底） 取决于现场断面的工况取决于现场断面的工况多普勒流速仪应用多普勒流速仪应用l走航

3、式：适用于巡测、固定断面、突发事件走航式：适用于巡测、固定断面、突发事件测流的需要，灵活，不需率定和校正测流的需要，灵活，不需率定和校正l固定式：适用于固定断面流量实时在线监测固定式：适用于固定断面流量实时在线监测适用于常规测验困难、受工程影响测流断面适用于常规测验困难、受工程影响测流断面l手持式：适用于枯期河道、湿地、突发事件手持式：适用于枯期河道、湿地、突发事件时流量快速测量等，灵活和简便时流量快速测量等，灵活和简便ADCP 三三种不同的应用场合种不同的应用场合l最大特点在于能够自动测量和实时测量最大特点在于能够自动测量和实时测量l而通常采用的测验方法，都无法做到自动和实时而通常采用的测验

4、方法，都无法做到自动和实时固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 - SL 1 ？固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 - SL 2 l为了做到自动和实时，流量在线监测采用间接测为了做到自动和实时，流量在线监测采用间接测量断面平均流速的方法量断面平均流速的方法l测量水平某层或垂直某条垂线的平均流速测量水平某层或垂直某条垂线的平均流速l采用率定方法（指标流速法），建立采用率定方法（指标流速法），建立SLSL实测流速实测流速与断面平均流速之间的相关关系与断面平均流速之间的相关关系固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面仪仪 - SL 3 l指标流速法假设：某一部分流速与断面平均流速指标流速法假设：某一部分流

5、速与断面平均流速存在着固定并唯一的关系存在着固定并唯一的关系Horizontal Beamsfor Remote VelocityMeasurementVertical Beamfor Stage Measurementl指标流速法技术在水文系统的指标流速法技术在水文系统的广泛使用广泛使用 转子式流速仪测点流速转子式流速仪测点流速 Vs Vs 垂线平均流速垂线平均流速固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面仪仪 - SL 4 l美国地调局的经验，几百米宽河流，仍然可以采美国地调局的经验，几百米宽河流，仍然可以采用几十米内的水平平均流速作为指标流速用几十米内的水平平均流速作为指标流速l测量实际的水位（水

6、深），通过预置的断面几何测量实际的水位（水深），通过预置的断面几何尺寸，由软件计算出断面面积尺寸，由软件计算出断面面积l实时瞬时流量实时瞬时流量 断面平均流速断面平均流速 断面面积断面面积固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面仪仪 SL 5 l采样单元是否有代表性，是正确应用的关键之一采样单元是否有代表性，是正确应用的关键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软件软件多流层功能可以用以分析多流层功能可以用以分析在仪器测量范围中选择最合适的单元大小在仪器测量范围中选择最合适的单元大小不应包含回水、紊流部分不应包含回水、紊流部分固定式多普勒剖面仪固定式多普勒剖面仪 - SL 6 l保证

7、无障碍的通道，是另一个关键保证无障碍的通道，是另一个关键传播路径上障碍物会影响流速数据传播路径上障碍物会影响流速数据发射的超声波是一个锥体，有一定的指向角发射的超声波是一个锥体，有一定的指向角对河道水深有一定的要求对河道水深有一定的要求SonTek 探头指向角探头指向角 1.41.4，纵横比，纵横比 1:201:204040固定式多普勒剖面固定式多普勒剖面仪仪 SL 7 l经过比测和率定，才可获得在线和实时的流量经过比测和率定，才可获得在线和实时的流量固定式多普勒剖面仪实测的是代表流速固定式多普勒剖面仪实测的是代表流速 指标流速指标流速建立指标流速与断面平均流速之间的关系，需要率定建立指标流速

8、与断面平均流速之间的关系，需要率定不同的流速或水位情况下进行同步比测不同的流速或水位情况下进行同步比测对数据进行回归分析，得到对数据进行回归分析，得到 关系曲线或回归方程关系曲线或回归方程16广东佛山广东佛山马口水文站马口水文站2006.4 2006.4 2006.82006.8潮汐河段潮汐河段Vm = 1.039 Vi + 0.104在线流速仪的在线流速仪的“困惑困惑” 1l在线流速仪不是在线流速仪不是 万能万能 的的，有很多，有很多使用限制使用限制水深与河宽比例的限制水深与河宽比例的限制 纵横比纵横比水位变幅的限制水位变幅的限制不正常流态分布的限制不正常流态分布的限制断面变化频繁的限制断面

9、变化频繁的限制在线流速仪的在线流速仪的“困惑困惑” 2l率定工作比较复杂（规则断面除外）率定工作比较复杂（规则断面除外）需要采用走航式流量计的同步比测需要采用走航式流量计的同步比测比比测点一般在测点一般在2020个点以上，覆盖高、中、低流速个点以上，覆盖高、中、低流速采用回归分析的方法，确定率定公式采用回归分析的方法，确定率定公式率率定关系线需通过三线检验，精度符合规范要求定关系线需通过三线检验，精度符合规范要求l率定周期较长率定周期较长SL 的选型的选型 l三三种规格：种规格：SL30003G, SL15003G, SL30003G, SL15003G, SL500SL500l主要技术指标主

10、要技术指标水平最大测量范围水平最大测量范围：5 5米，米，2020米，米，120120米米水深最大测量范围：水深最大测量范围：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选型取决于河道断面的宽度、水深选型取决于河道断面的宽度、水深SL 的的配置配置 l主机主机l电缆电缆线线基本配置基本配置 10 10 米，可订购最长米，可订购最长100 100 米米l雷击浪涌保护器雷击浪涌保护器 SPF 1500 1500顶端和底端，组成一套顶端和底端，组成一套南方多雷雨地区必配南方多雷雨地区必配获得好的数据获得好的数据 1l符合条件的断面符合

11、条件的断面 顺直河道顺直河道 稳定流稳定流l好的安装好的安装 安装点位置安装点位置 安装高程安装高程水平式水平式 的安装的安装 1l安装位置的选择安装位置的选择安装在河岸边或支架上安装在河岸边或支架上桥墩或其它建筑物侧壁上桥墩或其它建筑物侧壁上安装的位置处于河道顺直、稳定的河段安装的位置处于河道顺直、稳定的河段安装位置的水层，有较好的代表性，避开有回流安装位置的水层，有较好的代表性，避开有回流的地方的地方水平式的安装水平式的安装 2l安装时的注意事项安装时的注意事项安装高程要根据具体情况而定。基本原则是使安装高程要根据具体情况而定。基本原则是使SLSL位于水深的位于水深的0.60.6处处离水面

12、或渠底最小距离，不同频率的离水面或渠底最小距离，不同频率的SLSL也不同，也不同，根据根据 1:201:2040 40 的比例原则的比例原则用用 SonTek 自带软件的波束诊断功能，检查声波自带软件的波束诊断功能，检查声波路径是否有障碍物路径是否有障碍物两个声学传感器位于同一水平面上。同时要注意两个声学传感器位于同一水平面上。同时要注意主机底面必须垂直，以保证波束为水平发射主机底面必须垂直，以保证波束为水平发射获得好的数据获得好的数据 2l好的设置好的设置采样历时的选择采样历时的选择采样单元范围的选择采样单元范围的选择 l好的维护好的维护探头周围防止遮盖物探头周围防止遮盖物采样单元路径没有障

13、碍物采样单元路径没有障碍物SL 的优势的优势l最小最小的指向的指向角角 1.4 1.4l内置流量计算功能内置流量计算功能l内置罗盘内置罗盘/ /倾斜计倾斜计l换能器的抑制旁瓣干扰功能换能器的抑制旁瓣干扰功能l率定软件率定软件 - - FlowPack安装安装高程要根据具体情况而定。基本原则是使高程要根据具体情况而定。基本原则是使SLSL位于水深的位于水深的0.60.6处处SL 3G 的优势的优势 1l采用智能脉冲功能采用智能脉冲功能 SmartPulse HDl可可显示和输出显示和输出 128 128 个剖面单元个剖面单元l二套水深测量传感器，并自动定期校正能二套水深测量传感器，并自动定期校正

14、能l新的操作软件，可实时显示流速等数据新的操作软件，可实时显示流速等数据l在测量时，可提示访问存储器和下载数据功能在测量时，可提示访问存储器和下载数据功能l可输入可输入 200 200 个断面点个断面点l完善的自检功能，露出水面时自动停止发射完善的自检功能，露出水面时自动停止发射SL 3G 的优势的优势 2l配配有有 4 GB 的内存，可存储的内存，可存储 1 1 年的数据年的数据lRS-232，SDI-12，Modbus 的输出格式的输出格式l可实时查看数据并下载，而不中断数据采集可实时查看数据并下载，而不中断数据采集l多个多个 SmartQC 智能质量控制功能，提示测智能质量控制功能，提示

15、测量点潜在问题量点潜在问题 由状态码查找由状态码查找l强大的回访和数据分析、图表的功能强大的回访和数据分析、图表的功能座底式座底式 IQlI 智能智能 Q 流量流量l座底式安装多普勒剖面仪座底式安装多普勒剖面仪测量水深（水位）测量水深（水位）测量流速测量流速l计算流量和总水量计算流量和总水量l有三种型号有三种型号 标准型标准型 增强型增强型 管道管道型型IQ 的亮点的亮点 1 沿轴线波束沿轴线波束（下游）（下游）沿轴线波束沿轴线波束（上游）（上游）斜向波束斜向波束安装支架安装支架通讯电源通讯电源 连接插座连接插座温度传感器温度传感器水位测量水位测量 垂直波束垂直波束 压力传感器压力传感器斜向波

16、束斜向波束l超薄、流线型设计（超薄、流线型设计（2.82.8cm 高）高）l5 个超声波探头（个超声波探头（3 3 MHz）1 1个测深探头个测深探头4 4个测速探头个测速探头l4 4 GB 内存内存l低功耗低功耗IQ 的亮点的亮点 2 l可测量的最小水深可测量的最小水深 8 8 cml智能功能智能功能 SmartPulseHDl安装简单，几乎不需要工程安装简单，几乎不需要工程l多种接口多种接口 RS232SDI-12Modbusl测量精度大大提高测量精度大大提高测深精度：垂直波束和压力传感器测深精度：垂直波束和压力传感器测速精度：测速精度：4 4个探头，测量垂直和水平剖面流速个探头，测量垂直

17、和水平剖面流速IQ 的应用的应用 lIQ - - 小型渠道小型渠道lIQ+ - - 较深渠道、天然河道较深渠道、天然河道 用于梯形的规则渠道用于梯形的规则渠道l管道型管道型 IQ - - 管道的量水管道的量水IQ Software Smart PageIQ SmartPulseHD 技术技术30 秒秒 采样历时平均值采样历时平均值SW 普通多普勒技术普通多普勒技术60 秒秒 采样历时平均值采样历时平均值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 的表现（流速剖面）的表现（流速剖面）l只需将装有只需将装有IQ的的安装支架安装支架，用两个螺栓固定在渠用两个螺栓固定在渠道中心线处即可（如图）道中心线处即可（如图）l用户可以根据流向确定仪器安装板插槽的方向用户可以根据流向确定仪器安装板插槽的方向l超低功耗可使用较小的太阳能板和电池供电超低功耗可使用较小的太阳能板和电池供电l配合简单支架，也可实现便携式测量配合简单支架，也可实现便携式测量IQ 的安装的安装应用案例应用案例 l牛栏江牛栏江- -滇池补水工程调水末端出滇池补水工程调水末端出口水质水量自动监测站口水质水量自动监测站lIQ安装于出水口渠道中，实时监控安装于出水口渠道中，实时监控渠道中的水流流量渠道中的水流流量l该渠道设计内尺寸为该渠道设计内尺寸为3.74m (宽宽) 4.3m(高高)，设计流量约设计流量约 23 m3/sl采用不锈钢支架采用不锈钢支架+ +导轨