水是生命之源，在现代社会，水更是工农业生产的命脉。在水资源匮乏的黄河下游地区，引黄供水管理的好坏直接关系到区域工农业和城乡人民生活水平的提高，亟须开展精细化管理。

       但是，实施供水精细化管理的前提是能够精确计量引水流量，这在清水河流不难实现，在高含沙的黄河上却绝非易事。黄委供水局有关负责人介绍说：“黄河下游引水具有含沙量高、冲淤变化大、主流游荡、水深较浅、收获季节漂浮物多等特点，目前没有一种自动计量设备可以完全适合黄河水闸。我们普遍采用的流量测验方法多为人工测量，工作量大，资料实效性差，难以满足供水管理现代化、精细化、信息化的要求。”

       最近，黄委供水局与河南黄河水文科技有限公司共同研制开发的变动河床条件下的流量自动监测系统，让困扰引黄供水精细化管理的难题终于迎刃而解。成果还被来自郑州大学、华北水利水电大学及有关科研院所的专家评价为总体达到国际先进水平。

研发思路：引进自动测量设备，进行系统集成

       流量（Q）测验是通过测量断面平均流速（V）和过流面积（A）来实现的，即：Q=V×A。要提高供水流量的自动化监测水平，必须改变过去传统的测量断面平均流速和过流面积的方法。基于这种认识，黄委供水局与河南黄河水文科技有限公司的技术人员认为，研发变动河床条件下的流量自动监测系统的基本思路是：首先设置流速传感器、水位传感器和淤积传感器，分别对平均流速和过流面积进行同步监测；然后通过数据采集设备进行分析、处理，计算出流量；最后将测量结果通过数据传输设备传送到数据中心。另外，系统还应有控制设备对整个系统的运行进行自动控制，配备电源、机柜等辅助设备保证整个系统的正常运行。

       流速测量——项目引进奥地利Sommer系统工程公司生产的雷达流速仪，可以在线监测表面流速，并具有多种自校和自我判别功能。在野外测流时，仪器能自动判别发射波是否稳定和有足够强度，如能保证测量数据的稳定，仪器才开始测量；如果反射波太弱或者不稳定，不能满足测量要求，仪器会自动提醒使用者，同时也不进行测速，以避免错误数据产生。

       水位测量——采用雷达水位计测量水位。目前用于水位在线测量的仪器设备很多，如浮子水位计、压力水位计、气泡水位计、超声波水位计、雷达水位计等。其中前3种水位计均为浸没（接触）式测量，它们共同缺点是随着主流的摆动和冲淤的变化存在脱离被测水体的可能。而超声波水位计和雷达水位计是非接触测量仪器，可灵活安装在常年有水的区域上方。雷达水位计具有精度更高、工作更稳定、寿命更长等优点，所以项目采用了雷达水位计测量水位。

       淤积测量——安装了3个淤积传感器和电子单元。淤积量的在线测量一直是断面测量的一个难题。安装淤积传感器前，须对断面底部进行混凝土基础硬化。由于渠道的断面形状一般会相对稳定一段时间，冲淤变化是一个渐变的过程，可用测深杆、测深仪或走航ADCP对断面面积快速施测，因此，项目采用在线淤积观测设备对淤积量进行连续定性监测，一旦发现淤积超标便由专业人员对断面进行人工快速精确测量，并及时更新测流系统内的断面数据，保证整个测流的精度。

       自动控制设备——水文缆道测量控制系统主要部件采用国际著名厂商产品，用工业大屏幕触摸屏显示系统的运行状态和测流结果。具有变频调速、自动控制、自动测流、多功能图表显示、留言操作等多种先进功能。还可通过RS－232口连接后台计算机，实现对测流工作的远程控制。

应用效果：测验精度明显提高，将在黄河下游推广

       项目有关负责人告诉记者，他们完成的变动河床条件下的流量自动监测系统目前在柳园口引黄闸安装运行，其先进性已初步体现。

       一是在国内首次采用多点固定式非接触雷达测验方法，测量精度高，避免了水体杂质干扰。

       黄河下游引黄闸所引黄河水受大河泥沙影响，含沙量高，同时受渠道条件限制，泥沙淤积严重，主流摆动频繁。由于主流处水流流速具有较好的代表性，因此在主流处测验可以得到较好的流量测验数值。工作人员在主流区域安装3个雷达流速仪，有效提高了流速测验精度。

       柳园口引黄闸水面漂浮物多，同时引水渠道比较宽、浅，杂物极易缠绕、撞击安装在水中的测量仪器，影响仪器测验精度甚至造成仪器设备的损坏。雷达水位计为非接触式测量设备，可悬挂于空中，仪器探头不必接触水体，有效避免了水中杂物的干扰。

       二是在黄河流域首次实现了泥沙淤积厚度的准确计量。

       相比于清水水文测验，黄河这种多泥沙河流变得困难了很多。断面不规则、冲淤变化剧烈是困扰测验工作的主要技术难题。传统测验方法是人工加密测次提高测验精度，但也给基层职工增加了工作强度。

       淤积传感器通过量测液面水位和压力式水位计水位，再通过公式计算出对应点的渠道淤积泥沙厚度，多个传感器测得的泥沙厚度值经过平均即得到泥沙平均厚度。掌握了泥沙平均厚度，就掌握了渠道断面面积实时变化情况，为精确测量流量、计量水量提供了数据支持。

       淤积传感器作为首款在黄河上应用的泥沙厚度计量仪器，解决了以前无法实现的泥沙厚度实时、精确测量问题。这项技术对多泥沙河流测验非常重要，可以有效动态计算和修补过水面积，将成为相关技术在黄河上应用的开创性成果。同时，泥沙治理的重要前提是泥沙测验，掌握准确的泥沙资料是水利工程设计、防洪减灾和水资源保护利用的重要依据，也是治黄基础研究的前沿性工作，此次淤积传感器实现了泥沙淤积厚度的准确计量，将为黄河泥沙治理提供重要的技术支持。

       三是仪器安装方便，易于维护；应用软件兼容性好，输出成果符合规范要求。

       非接触式流量测量设备可安装在桥下或悬臂上，也可安装在缆道上，对现场环境要求低，安装十分简单。仪器同时还具有耗电省、免维护等优点，本身无机电转换部件，使用寿命也很长。

       仪器配套应用软件与其他已有软件系统有良好的兼容性，兼容目前常用的电脑操作系统，操作简单，界面友好，输出结果符合相关行业规范，满足用户的各项使用需求。尤其需要指出的是，配套的流量软件可根据现场水体边界情况和水力学模型快速给出综合相关系数，使用非常方便。

       黄委供水局有关负责人对该系统的推广前景充满信心。他说，目前系统仅仅在柳园口引黄闸上进行了安装应用，下一步黄委供水局将根据工作需要，适时在黄河下游其他涵闸进行推广应用，以便各级人员能够实时了解引水数据，掌握引水情况，为最严格的水资源管理制度提供精确的、及时的数据支撑。