新技术助推黄河水文流量测验实现新跃升 - 垂线声学多普勒流速仪的作用

文丨张海锋7月初的小浪底水文站，凌晨5时，朝阳还未升起，河边的空气里充满了早晨潮湿的清新，负责流量测验的董方和王帅强开始了一天的工作。不同于以往的流速仪测验，现在两个人、一台笔记本电脑、一架ADCP，轻装简行就能开展流量测验了。ADCP，又名声学多普勒流速剖面仪，主要利用声学多普勒原理来测量水流速度剖面，具有测验历时短、分辨率高、精度好、资料完整等优点。由于黄河含沙量高的特殊河情，应用情况受到很大限制。近期，经过十多年反复比测试验、消化调整，ADCP逐步开始大范围的应用。目前，黄河干流35站，已有25站投产应用，黄河水文流量测验迎来了新局面。这种跃升，在小浪底、西霞院两个水文站表现最为明显。与大部分黄河河段的自然河道不同，河床相对稳定，动床特征不明显，含沙量较小，且受小浪底水库和西霞院水库影响大，全年水位变化快、涨落幅度大，ADCP的快速、自动化，使得水文人能够更快、更准确地测出洪峰流量。“现在只要是清水时期，常规测流已经全部用ADCP代替流速仪了，因为实在是太方便了。”冲锋舟找到了测验断面的起始点，董方点击着电脑上连接ADCP信号的软件，确定信号接收正常，伴随着“突突突”的马达声，测流就这样开始了。不需要停船找测点，不需要等候100秒的测验历时，冲锋舟拖着“山”字形的ADCP从右岸匀速行驶到左岸，一份流量记载表和分布图俨然出现在了电脑上，采集、处理、输出数据全程自动化，前后仅仅耗时6分钟。“一般我们都是来回测两个回合，也就是测4次，流量取平均值，这样更准确。”董方在回程的路上笑着说：“整个过程也就半小时左右。”“这个仪器应用得特别好，受河中漂浮物和水草的影响较小，除了最开始遇到过船头上扬的情况，基本没有什么问题。目前，上扬的情况我们也通过安装平衡架解决了。”黄委小浪底勘测局办公室主任任江波拿出一张带ADCP和平衡架的照片细细介绍，“最初搭配ADCP使用的船体笨重，平衡性较差，在测验过程中由于冲锋舟的牵拉作用导致船头上扬，容易造成测验误差。”这个样子像字母“T”的平衡架是水文站职工为ADCP专属打造的。横杆固定在冲锋舟上，竖杆则固定在ADCP的首部，以外力使ADCP保持平放在水面上，确保了测验精度。“这个平衡架是个非常实用的小发明，当时还获得了‘浪花奖’。不过2013年以后我们就更换了新型的ADCP，船体轻盈，彻底解决了平衡性的问题。”任江波笑着说：“现在小浪底、西霞院两个水文站ADCP应用已经相当成熟，小浪底只要是流量5000立方米每秒以下、含沙量不超过9千克每立方米，都可以用ADCP测流。”这份成绩来之十分不易。黄河特殊的河情，使得先进仪器的配发到位只能算初步阶段，还要经过漫长的比测分析阶段，去消化、去调整，才能真正让新仪器发挥“利器”的功效。小浪底水文站从2004年配发ADCP，到2007年正式批复应用，至今已有十几年的应用时间。西霞院水文站更是从2008年建站开始就配发了ADCP，2017年才通过比测报告批准正式应用。这漫长的十几年中积累的每份比测资料，都是推进ADCP应用的奠基石。从小浪底水文站断面向下游走，不到30千米的距离，是西霞院水文站。黄河水文测报能力提升以来的两年多，西霞院水文站水文测验已初步显现出现代化水文站的模样来。西霞院水文站站长张银涛谈起ADCP，掩不住一丝的兴奋：“相比固定测点测速的流速仪，ADCP少了很多限制，它可以在随船运动的过程中进行测验，且测船航行轨迹不严格要求垂直于水流方向。而且ADCP所测的垂线、测点远远多于流速仪，测验精度也有了大幅度的提升。同时比起测流的大船，冲锋舟所耗的油量也要小得多，可谓是节省人力物力、提高测验质量的一柄利器呀！”“现在我们打算借着洪水防御和水库调度期间的水沙条件，在含沙量5千克每立方米到10千克每立方米的范围内继续对ADCP开展比测分析，扩大ADCP应用范围。”张银涛认真介绍着，眼里满是憧憬，“西霞院现在仅有5名职工，每个人都是身兼数职，若能进一步扩大应用范围，必将大大减轻大家的劳动强度。”小浪底水文站、西霞院水文站的ADCP应用情况，是黄河水文流量测验发生现代化质变，实现跃升的缩影。走航式ADCP在河道条件相对稳定的上游测区、宁蒙测区等已逐步广泛应用，石嘴山等水文站甚至实现了常态化应用，在下游含沙量较大、动床特征明显的花园口、孙口、泺口等水文站也开始了投产应用。ADCP在黄河水文上应用的逐步成熟，使黄河水文职工从大量枯燥的劳动中解放出来，为繁重的黄河水文流量测验工作插上了飞翔的双翅，而水文人必将在新仪器新技术的支撑下，稳步提升测报质量，做洪水防御和水库调度的“耳目”和“尖兵”。 1 n( ]$ K# n, E9 e0 \; r2 Z

文小编：郭旭帆

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美小编：毛金晶

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