潮汐长波进入河口后,不但受水深渐减及两岸收束的影响,且因河水下泄使潮波的推进受到阻碍,因此河口的潮汐现象也较一般复杂。
对于大江、大河入海口的感潮河段,由于感潮河段地区受到径流和潮汐的双重作用,水位流量关系较为复杂。常规方法测流在该类型流域数据往往不精确,针对特殊流域的测流,需研究针对感潮河段流量、泥沙测验方式。
选取已有的走航式ADCP所测的具有代表性的流量数据。分别将不同起点距的流速与断面平均流速建立一元线性回归方程,并求得模型相关系数,分析其线性相关程度。随后将与断面平均流速线性关系较好的位置的流速再次建立关系,进行多元线性回归分析,确定出断面某处安装浮标式ADCP最适合的位置。通过分析断面平均流速及其与断面平均流速相近的垂线断面位置,选取在断面位置作为典型ADCP布设位置。
选取了某一刻的数据,以走航式ADCP测得的断面原始数据,从而分析每一点的流速情况。
根据实际情况及其断面和水流的特性条件,在基本水尺断面处建立多个浮标垂直ADCP固定装置以及多个固定式ADCP(H-ADCP)或可移动式水平ADCP。
固定式H-ADCP布置有利于保证仪器设备的稳定性,减少磨损,但只能做到定点测量流速,所获取的数据需要较为复杂的计算。
一方面浮标可以保证水文监测设备的长期、定点观测,另一方面浮标可以作为航标装置进行通航使用。根据ADCP的布置方案,分别在距离起点距不同位置的位置布置多台相应的浮标装置。浮标系统可以搭载ADCP、OBS等水文观测设备及其监测系统,浮标的设计可起到保护水下ADCP和OBS等贵重仪器的作用。
无线固定式雷达波测流是作为流速测量的备用仪器,当ADCP损坏或者遇到极端恶劣天气等情况时,可以启用雷达波进行测流。在附近大桥上布设均匀分布的雷达波测速探头,获取多条测速垂线表面流速。
定点在线雷达波测流系统主要由S3-SVR流速传感器总成或Decatur SI-3L 雷达表面流速传感器总成、测流控制器和太阳能供电设备组成,由通讯模块发往远程中心站。
流速传感器总成的安装:为保证监测数据质量,在安装过程中需保证探头与水流方向平行一致(水平角0°),探头前端逆水流方向并与垂直方向夹角为45°,并且探头前端不得有阻挡物干扰水流流态。
悬挂于悬臂(支架)的测流总成(内含雷达波流速传感器),固定在测流断面上方,测量垂线表面流速,配合断面形态实时计算出流量并发送至服务器中,即可通过基于WEB的客户端及手机客户端进行实时查看。由太阳能板为其充电,具有免维护性。
泥沙监测通过光学后向散射浊度计与横式采样器两种监测设备来实现对该地区的泥沙浊度检测。
光学后向散射浊度计是通过接收红外辐射光散射量来观测悬浮颗粒。采用固定一垂线混合法进行测验,输沙率测验采用横式采样器取样、在浮标位置及其水平ADCP平台处布设垂线、每条垂线3点取样、混合处理测验,测次分布应能控制含沙量的变化全过程。随后将OBS所测得的数据与横式采样器取样所测得的数据进行泥沙含量与悬浊度关系的率定,建立水体浊度与实测悬沙含量之间的相关关系,从而得到悬沙含量。之后使用OBS进行检测。
考虑到河流泥沙监测点位置具有较强代表性,因此泥沙监测使用浮标体作为载体建设泥沙监测浮标系统。浮标体承载光学后向散射浊度计等测量仪器、数据采集传输系统、太阳能供电系统以及安全保护系统。
系统可采用多种有线/无线通信模式。在设定水深、流速超限或低限报警的前提下,系统可直接发送报警短信到监控室或主管人员的手机上,实现紧急报警功能。
实现潮流/径流分离的技术路线:
基本原理:将流速观测值表示成余流、潮流及观测噪声之和.对于某一水深,流速东分量u(北分量v与之类似)可表示为:
式中:u(t)为t时刻的流速观测值;U0为余流,河口地区亦称径流;m为分潮个数;ω为分潮的角速度;b,c为对应分潮的调和常数;ε(t)为观测误差,具有随机特性.(注意,这里的u和U同指标流速法里面的含义不同)。
获得了余流东分量U0为和北分量V0,将二者矢量和投影到主流方向得到余流流速U',类似地方法获取断面面积A,即可获得河口地区的径流量Q= U'*A。
分别从垂线位置选择、ADCP、浮标、雷达波布设方案和泥沙监测方案等五个方面来进行论述。并阐述了潮流/径流分离的方法。
通过分析比较,采用适合的垂线设置仪器,所测得的流量、泥沙数据更为精确。采用浮标装置,方便人工维护仪器,同时与海事部门合作设置为航道的航标。考虑大桥的实际情况,采用合适方式安装雷达波进行测流,所选取的雷达波流速传感器在极端条件下也能实现对大流速的实时监测。
摘要：本文简单地介绍感潮河段特性,流量泥沙监测方法,通讯系统组成,潮流/径流分离方法。
关键词：流量泥沙监测,通讯组网,潮流/径流分离
[1] 陈志高,刘扬扬,王胜平,王真祥.感潮河段潮流分离方法研究.中国矿业大学学报,2018,3.
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