聶 帥，張煒杰，沈禎祥，褚福仁，李義旺

（江蘇省防汛防旱搶險中心，江蘇 南京 211500）

堤防漏洞是防洪搶險中的險情之一，具有形成快、搶堵難、易造成財產損失等特點，加強防洪搶險相關技術研究至關重要。傳統(tǒng)的漏洞探測技術往往需要耗費大量人力物力，同時對技術人員的經驗要求較高，因此簡單有效且現代化的漏洞探測儀研發(fā)尤為重要。本項目基于動水頭壓力和流速差原理，研究一種新型的堤防漏洞險情探測儀，能在堤防迎水坡迅速探測漏洞位置，從而做到“搶早搶小、防范未然”，可及時有效控制及排除漏洞險情，為防汛搶險人員提供技術支持［1-2］。

1 堤防漏洞險情探測儀基本原理

堤防漏洞險情探測儀是基于動水頭壓力和流速差原理，研制的一種新型堤防漏洞險情探測裝置，該裝置主要由測速單元模塊、伸縮桿、控制終端顯示器等組成（圖1）。

圖1 堤防漏洞險情探測儀設計結構

測速單元模塊由探測盤和18 個旋槳式流速傳感器構成，探測盤上的每個探測單元模塊都包括微型壓力傳感器和旋槳傳感器［3］。微型傳感器將動水頭壓力信號放大后轉換為標準信號，而旋槳傳感器將流動速度轉化為脈沖信號，轉換后的電脈沖信號經放大處理成電脈沖信號，由單片機計數處理。通過計算機編程，對感應器得到的徑向流速數據與漏洞水力特性進行比較分析，確定漏洞的位置、大小。伸縮桿的一端與探測盤鉸接，另一端連接控制終端顯示器，控制終端顯示器用于接收、顯示旋槳式流速傳感器所采集的數據。18 個測速單元處理完后通過串行接口與主機通信，經過處理后在終端顯示器上顯示，由光纖放大器、STC12C5A60S2單片機、串口型液晶顯示屏構成［4］。新型堤防漏洞探測儀的設計圖及成品圖見圖2。

圖2 新型堤防漏洞探測儀

2 風力試驗情況分析

2.1 試驗準備

固定電風扇位置，使電風扇保持在同一檔位（功率）進行工作。通過電風扇的風力模擬水流，通過調整探測盤與電風扇位置分別為1 m、2 m、3 m，記錄儀器示數變化情況，檢測探測儀對風力、風速變化探測情況。

2.2 試驗分析

利用電風扇風力模擬水流，測試在不同距離條件下，堤防漏洞險情探測儀探測效果。探測盤與風扇距離分別為1 m、2 m、3 m 時，相應的測試數據見表1。

表1 不同測距的測試流速單位：m/s

上述試驗數據表明，利用風速模擬水流，堤防漏洞探測儀探測出同樣功率風速（水流）隨距離增大逐漸減弱。

3 室內試驗情況分析

3.1 試驗過程

調整試泵池出水口開度，分別在全開、1/2開度、1/4開度控制水流速，并記錄探測盤在不同角度下與漏洞不同垂直距離和水平距離的數據。

（1）試泵池內部張貼尺寸標記，以確定水位刻度、漏洞與探測盤中心距離等。

（2）測量試泵池不同開度流速，測量不同開度情況下的流量數據，多次測量取平均值。出水口開度通過控制出水口開關（在開關上標注全開、1/2、1/4記號），測量流速。準備1 個已知容量的盛水容器，通過記錄裝滿容器所用時間，得出試泵池的平均流速。

（3）調整探測盤角度，分別在全開、1/2、1/4開度的情況下，通過改變探測盤與漏洞口距離，記錄試驗數據，分析試驗情況。

3.2 試驗數據

試驗開展過程中，按照試驗計劃表的內容逐項對數據進行測量，并由專人對數據進行記錄以及整理（表2）。

表2 不同開度的測試流速單位：m/s

探測盤與水平面垂直時，探測盤旋槳傳感器6、7、8、9、15、16、17 為相對靠近漏洞口的位置。試驗結果表明：探測儀對試泵池模擬的漏洞險情有效果，靠近漏洞區(qū)域數個旋槳采集點數值出現明顯變化；探測盤垂直于出水口進行探測優(yōu)于探測盤水平放置進行探測，且探測盤越靠近漏洞口數據變化越明顯。

4 堤防現場試驗情況分析

4.1 試驗過程

通過前往堤防現場開展試驗，對已知堤防漏洞情況進行探測，通過改變漏洞險情控制閥門開度，模擬漏洞不同流速、大小，檢測探測儀在堤防現場對漏洞險情的探測情況。將模擬漏洞險情控制閥門開度設為20%，將漏洞險情探測儀下水，通過不斷調整裝置（探測盤）位置，觀察顯示屏上數值變化情況（表3），尋找漏洞險情位置。

表3 堤防現場漏洞險情探測試驗流速單位：m/s

4.2 試驗結果

當探測盤移動到漏洞口附近時，顯示屏上13、14、15 號旋槳數值由0 逐漸出現明顯變化。移動探測盤，改變各旋槳與漏洞口的距離，觀察數值情況，確定漏洞中心位置。

調整控制閥門，分別在關閉（無漏洞情況）、10%、20%、30%、50%、100%的開度控制水流速，并記錄旋槳數值變化情況。試驗結果表明：探測盤上的旋槳傳感器、壓力傳感器在探測到有水流變化時，數值會出現明顯變化；隨著控制閥門開度增大，顯示屏上數值也逐漸增大；當裝置探測到漏洞險情時，18 個旋槳中13、14、15 號旋槳示數較大，漏洞口在此位置，漏洞中心在旋槳14附近。

5 結論分析

3 次實驗過程中共收集51 組數據，經試驗數據整理分析可得以下結論。

（1）探測盤垂直于出水口進行探測優(yōu)于探測盤水平放置進行探測，且越靠近漏洞口數值變化越明顯。

（2）當堤防未出現漏洞險情或未尋找到漏洞險情時，旋槳在顯示屏上顯示的流速為0；當堤防出現漏洞險情（尋找到漏洞險情），旋槳在顯示屏上顯示的流速出現明顯變化，且當旋槳越靠近漏洞顯示的數值越大。

（3）當探測到漏洞險情時，18 個旋槳中數值最大的旋槳處即可確定為堤防漏洞中心位置。

（4）隨著控制閥門開度逐漸增大（漏洞流量逐漸增大），旋槳在顯示屏上顯示出來的數值也逐漸變大。

（5）相較于傳統(tǒng)漏洞探測方法，該探測儀在安全性方面優(yōu)勢較大，技術人員只需在堤防上面通過操作伸縮桿將探測盤置于迎水坡，觀察顯示屏示數變化情況，即可對堤防漏洞位置進行探測。

本次試驗達到預期效果，堤防漏洞險情探測儀能夠在查找漏洞險情以及確定漏洞的流速中發(fā)揮關鍵作用，能夠為相關人員處理堤防漏洞險情提供技術支持與封堵指導。