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        天然河道自動流量監(jiān)測貼底式水下ADCP探頭自動沉浮支架系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

        2016-02-05 07:12:53徐志國張白
        治淮 2016年11期
        關(guān)鍵詞:支架系統(tǒng)

        徐志國 張白

        天然河道自動流量監(jiān)測貼底式水下ADCP探頭自動沉浮支架系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

        徐志國 張白

        隨著國家逐步加強(qiáng)對水資源的管控力度,并不斷加大對水資源監(jiān)控方面的投入,很多新技術(shù)在水文測驗領(lǐng)域得到應(yīng)用。以流量測驗為例,自動流量監(jiān)測系統(tǒng)正逐步走進(jìn)水文人的日常工作中。目前自動流量監(jiān)測系統(tǒng)ADCP探頭部分安裝基本分為三大類:即貼底式(也稱坐底式)、水平式、非接觸式。本文主要講述一種多用在天然河道的自動流量監(jiān)測貼底式水下ADCP探頭自動沉浮支架系統(tǒng)的研究與應(yīng)用。貼底式安裝的水下ADCP探頭支架系統(tǒng)大多固定在水底河床上,當(dāng)河道內(nèi)水位較淺時,ADCP探頭的安裝、調(diào)試、維護(hù)以及姿態(tài)的調(diào)整等都可以涉水進(jìn)行,但在大水特別是汛期高水位高流速時期就很難開展,影響了自動流量監(jiān)測系統(tǒng)整體的正常運(yùn)行和水文測報工作。

        一、技術(shù)方案

        本文所述支架系統(tǒng)研制的目的在于提供一種方式,將自動流量監(jiān)測系統(tǒng)貼底式水下ADCP探頭由河底傳送到水面,以方便人員及時對ADCP探頭設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的安裝、調(diào)試、維護(hù)。并且該支架部分防磁、防腐、防銹,設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單牢固,運(yùn)行可靠,運(yùn)輸方便,建設(shè)安裝施工時間短,成本較低。

        為達(dá)到研制目的,本支架系統(tǒng)設(shè)計有水下ADCP探頭支架系統(tǒng)、水下ADCP探頭支架沉浮系統(tǒng)和岸上沉浮裝置操控系統(tǒng)三部分組成。水下ADCP探頭支架系統(tǒng)部分由雙樁固定單元和支架懸臂單元組成,順流向安裝,雙樁固定單元通過活動關(guān)節(jié)與支架懸臂單元鏈接,ADCP探頭固定安裝于下游懸臂頂端梯形304材質(zhì)的不銹鋼平板上,304不銹鋼材質(zhì)保證了ADCP探頭正常工作時不受材料磁性的影響,確保其流速測量的精度。水下ADCP探頭通過線纜與岸上站房內(nèi)儀表相連,懸臂部分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸線纜從懸臂活動關(guān)節(jié)處進(jìn)入懸臂管壁內(nèi),直達(dá)懸臂頭部ADCP探頭固定安裝梯形平板。自活動關(guān)節(jié)處線纜外加穿保護(hù)套管和沉浮裝置高壓氣管一起貼河床上岸至站房內(nèi)儀表箱,沿途根據(jù)河底起伏情況,在起伏點打樁對線纜和高壓氣管加以固定,以使其緊貼河床,避免被漂浮物損傷。ADCP探頭支架沉浮系統(tǒng)安裝在支架懸臂靠近ADCP探頭上游位置。水下ADCP探頭支架沉浮系統(tǒng)和岸邊站房內(nèi)沉浮控制系統(tǒng)通過高壓氣管線相連,除懸臂部分外,其余高壓氣管從懸臂活動關(guān)節(jié)處同線纜一起貼河床上岸至站房內(nèi)沉浮控制系統(tǒng),沿途根據(jù)河底起伏情況,在起伏點打樁對線纜和高壓氣管加以固定,使管線緊貼河床,避免被漂浮物損傷,以保障其安全性。由于本支架系統(tǒng)是順?biāo)靼惭b,受水阻面積小,所以最大程度上減少了水流對懸臂的沖擊作用。獨有的雙樁固定方式,保證了每次沉浮ADCP探頭都能保持原位。特有的8根流線型ADCP探頭保護(hù)圓鋼,既減少了對水流形態(tài)的干擾,也最大程度地保護(hù)了ADCP探頭的安全。沉浮裝置在淮河干流安徽蚌埠水文水資源勘測局吳家渡水文站經(jīng)過嚴(yán)格的實驗測試,使該系統(tǒng)能夠在水中安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。

        二、安裝實施方法

        1.水下ADCP探頭支架系統(tǒng)部分

        由雙樁固定單元和支架懸臂單元組成,順流向安裝,雙樁固定單元通過活動關(guān)節(jié)與可沉浮的支架懸臂單元鏈接,雙樁固定單元安裝在上游來水方向,通過水面打擊工具將兩根鋼管樁打入河床,樁頭平行于河床表面,通過活動關(guān)節(jié)連接懸臂單元。ADCP探頭安裝于下游懸臂頂端梯形不銹鋼平板上,梯形平板小頭沖下游方向,以焊接或者用抱箍固定于懸臂頂端。平板正中有用以安裝固定ADCP探頭的304材質(zhì)的十字抱箍支架,該十字抱箍支架可以橫向360度調(diào)整ADCP探頭的水平角度,也可以縱向90度調(diào)整ADCP探頭的俯仰角度。平板上游方向邊緣焊接有不銹鋼圓鋼,成圓弧朝下游方向作為ADCP探頭防護(hù)用。懸臂長度根據(jù)測站常年水位情況而定,以高出設(shè)定水位深度2m為宜,使ADCP探頭高出水面,便于檢修維護(hù)操作。

        2.水下ADCP探頭支架沉浮系統(tǒng)

        沉浮系統(tǒng)支架正中是一塊方板,方板四周焊接六根方管,將沉浮氣囊用U型卡及螺帽固定在焊接好的方管上面。沉浮裝置正中小平板放在水下支架圓管上面,靠近探頭保護(hù)圓鋼位置,用半片抱箍螺栓固定,然后連上高壓氣管即可。

        3.岸上沉浮裝置操控系統(tǒng)

        沉浮裝置岸上部分為一臺AC200V驅(qū)動經(jīng)過設(shè)計改良的空壓機(jī),空壓機(jī)通電工作后在達(dá)到設(shè)定壓力后會自動停機(jī)。經(jīng)過多次多站點多斷面實驗,確定一罐壓縮空氣足夠浮起一個長度為11.5m的自動流量監(jiān)測貼底式水下ADCP探頭自動沉浮支架系統(tǒng)。

        三、系統(tǒng)的應(yīng)用

        至目前,本系統(tǒng)已在安徽省阜南縣淮河干流的王家壩站、河南省周口市沙潁河周口站、安徽亳州渦河黃莊站、安徽省全

        椒縣全椒站等處安裝應(yīng)用多年,系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定?,F(xiàn)以安徽阜南王家壩站為例闡述其應(yīng)用的具體情況。

        王家壩水文站位于淮河中游豫皖兩省交界處,特殊的地理位置和復(fù)雜多變的水流特性,決定了該站在淮河防汛工作中舉足輕重的地位,其水情變化素來被稱為淮河防汛的晴雨表、抗洪的風(fēng)向標(biāo)。2012年采用了雙垂線貼底式ADCP二線能坡法在線流量監(jiān)測系統(tǒng),分別在測驗斷面起點距50m和140m位置河底用本文所述的貼底式水下ADCP探頭自動沉浮支架系統(tǒng)安裝了兩套美國Link-quest公司生產(chǎn)的平面陣列型多普勒流速剖面儀(FlowScout2000型),實時監(jiān)測垂線流速,再通過實時水位和二線能坡法流量計算模型計算出實時流量,繼而實現(xiàn)了流量實時在線監(jiān)測。該系統(tǒng)自安裝以來在歷年歷次例行檢修和偶發(fā)故障排除過程中運(yùn)行穩(wěn)定。

        四、結(jié)語

        此次研制的貼底式水下ADCP探頭自動沉浮支架系統(tǒng)由水下ADCP探頭安裝固定支架系統(tǒng)、水下ADCP探頭支架沉浮系統(tǒng)和岸上沉浮裝置操控系統(tǒng)三部分組成。水下ADCP探頭安裝固定支架系統(tǒng)固定安裝了ADCP探頭,并通過線纜傳輸實時數(shù)據(jù)。水下ADCP探頭支架沉浮系統(tǒng)安裝于水下支撐系統(tǒng)懸臂之上,通過高壓氣管與岸上沉浮系統(tǒng)控制部分相連。岸上沉浮裝置操控系統(tǒng)通過操控岸上沉浮裝置控制部分,輕松實現(xiàn)河底ADCP探頭設(shè)備自動浮出水面和自動回歸河底起始位置功能,為后續(xù)進(jìn)行安裝、姿態(tài)調(diào)整、維護(hù)保養(yǎng)、更換等工作提供了便利。

        該支架系統(tǒng)防腐、防銹性能良好,結(jié)構(gòu)簡單牢固,運(yùn)輸安裝簡單方便,出色的防磁和探頭安全防護(hù)性能可以保證水下ADCP探頭擁有一個良好的運(yùn)行工作環(huán)境。由于本支架系統(tǒng)擁有結(jié)構(gòu)性能可靠、安裝使用維護(hù)簡單方便等特點,可以為建設(shè)自動流量監(jiān)測貼底式水下ADCP探頭安裝提供參考■

        (作者單位:河南省周口水文水資源勘測局466000淮河水利委員會水文局(信息中心)233001)

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