發布時間：2015-09-21所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 在當前有關水利工程中所應該加強的措施有哪些呢?面對高新科技的創新，又該怎樣將這些高新科技技術運用到水利工程建設當中來呢?文章選自： 《水利水電技術》 ,《水利水電技術》雜志是水利部主管、水利部發展研究中心主辦的水利水電行業的綜合性技術刊物，創刊
在當前有關水利工程中所應該加強的措施有哪些呢?面對高新科技的創新，又該怎樣將這些高新科技技術運用到水利工程建設當中來呢?文章選自：《水利水電技術》,《水利水電技術》雜志是水利部主管、水利部發展研究中心主辦的水利水電行業的綜合性技術刊物，創刊于1959年，現對國內外公開發行，為全國中文核心期刊、中國科技核心期刊。以介紹我國水利水電工程的勘測、設計、施工、運行管理和科學研究等方面的技術經驗為主，同時也報道國外的各項先進技術。是我國水利水電科技刊物中創刊較早、影響范圍較大、發行量較多的刊物。
摘要：在長江三峽河段進行水文勘測,無論是天然時期,或是工程建設時期,以及工程運行時期,都面臨急、難、險、重的任務,伴隨的是各類風險,如果沒有可靠的技術手段,不僅質量、工期不能保證,安全風險也會增大。因此,新技術應用與創新促進了三峽水文勘測研究的發展。通過引進、吸收、開發、革新,將高新技術應用于水文勘測研究,為長江防洪、河道整治、工程建設提供了可靠的水文專業服務,同時也引領著水文生產服務朝著高科技、自動化、信息化、優質高效的方向發展。
關鍵詞：高新技術,水利工程,工程師論文
三峽庫區深水流量測驗和異步測沙技術三峽水庫自2003年開始蓄水,現已按145~175m調度運用,庫區最大水深近200m,水文測驗面臨巨大困難,主要表現在儀器設備的測程不夠,精度受大水深的影響。通過研制、引進新設備,解決了以下主要問題:
(1)一般河道采用300~600kHzADCP即滿足要求,但針對三峽水庫壩前的大水深條件,首次引進了測深能力較強的低頻ADCP(150kHz),配合星站GPS、GPS羅經,通過大量比測試驗,成功實現了廟河水文站、壩前及庫區各斷面的流量和流場測驗。
(2)研制深水型自動絞關,成功解決了大水深的懸沙、床沙、干容重、水溫梯度等采樣與監測難題,提高了測驗效率。
(3)研究了異步測沙技術,通過研制軟件可直接從ADCP流場數據中提取流速計算垂線含沙量及輸沙率,解決了懸移質輸沙率異步測驗問題。H-ADCP自動流量監測新技術在三峽工程蓄水前,黃陵廟水文站流量報汛采用實測流量連時序法,平均每年需要150次實測流量,工作量巨大,因而先后探討了連時序法、單值化方法(分段綜合落差指數法)和水量平衡法等資料整編方法。三峽水庫蓄水運用后,受三峽-葛州壩梯級調度影響,兩壩間水位流量關系變得更加復雜,上述方法均不能滿足流量報汛和資料整編要求。
為此,引進了H-ADCP開展比測試驗,主要解決了以下技術問題:
(1)經調研,2003年在國內較早引進H-AD-CP(亦稱水平式ADCP),開始了黃陵廟斷面的在線流量監測試驗。
(2)試驗取得一定效果后,先后建設了H-ADCP專用工作平臺、數據傳輸線路、不間斷電源、防雷設施及報汛網絡等系統硬件。
(3)開展比測試驗研究,對H-ADCP在線監測數據(指標流速)進行報汛參數率定方法研究,并研制了后處理軟件。該軟件可根據實測流量實時自動修正參數,確保流量報汛成果的精度[22]。
(4)研制自動報汛軟件,通過互聯網或衛星等通信網絡,2007年7月1日成功實現了流量實時自動報汛,該站也是長江委水文局第一個正式實現自動流量報汛的測站。
(5)開展了基于小波分析和BP神經網絡的H-ADCP整編方法研究,取得了較好的效果[23]。
(6)H-ADCP應用研究成果《聲速多普勒流量測驗關鍵技術開發研究》獲2007年大禹水利科學技術二等獎。
水文應急監測新技術
(1)在2000年5月西藏易貢巨型滑坡堰塞湖搶險監測中,不僅使用走航式ADCP準確測到入庫流量,還對整個湖區進行了10余個斷面和間距測量,從而計算出堰塞湖的庫容曲線,為堰塞湖搶險救災提供水文技術支撐[24]。其成果匯編《國際跨境河流典型山體滑坡(崩塌)堵江水文極值事件應急實驗研究》獲2006年度大禹水利科學技術三等獎。
(2)在2008年5月12日四川汶川強烈地震后的綿陽、德陽等地區堰塞湖監測中,運用全站儀免棱鏡測量技術快速完成了唐家山等堰塞體的形象測量,為搶險排險及時提供基礎依據[25-26]。
(3)2009年3~4月西藏墨脫堰塞湖搶險監測中,運用3S技術及電波流速儀等,對堰塞湖的各種參數及時進行了監測,特別是采用GPS靜態控制測量技術,在距離100多km、高差近2000多m的情況下,將平面和高程控制從林芝引測到了堰塞湖現場和墨脫縣城,為搶險救災提供了科學依據。蒸發氣象與墑情自動監測宜昌蒸發站是長江流域乃至國內少有的大型蒸發試驗場,于1984年正式投入運行,觀測項目達10余個;2006年引進蒸發、氣象自動監測系統;2007年又增加了土壤墑情監測。為保護蒸發場各類電子設備設施,2008年專門設計修建了防雷塔。經過多年應用,效果顯著。
泥沙測驗及河床組成勘測新技術自葛洲壩工程開工以來,先后研發和引進應用過多種泥沙測驗儀器,如同位素測沙儀、挖斗式采樣器、近底層懸移質采樣器、卵石及沙質推移質采樣器等[27],近年來又引進了一批先進的測沙設備,取得了可喜成果[28]。
(1)三峽水庫蓄水后,為研究不同計算方法(輸沙率法與體積法)產生的水庫淤積量誤差,2003~2005年重新設計制造了近底懸沙采樣器,并在出庫站———宜昌水文站應用中獲得成功。
(2)自2010年起,在廟河、黃陵廟、宜昌3個水文站,采用LISST-100X和濁度儀開展懸移質泥沙報汛,并對其結果進行了比測試驗研究,取得了初步成果。
(3)2011年在宜昌站開展了ADCP測沙試驗工作。
(4)目前在泥沙分析工作中,已廣泛運用馬爾文MS2000激光粒度儀,極大地提高了泥沙分析效率。
(5)為開展三峽水庫干容重測驗,2003年研制了干容重采樣器,目前僅能采取表層(一般在2m內),較大厚度的淤泥不適用,仍需繼續研究。
(6)2008~2011年,利用三峽集團公司引進的淺地層剖面儀,開展葛洲壩下游控制節點河床組成勘測調查,為研究控制節點的抗沖刷能力提供了基礎資料。
(7)利用三峽集團公司引進的泥漿密度儀,開展三峽水庫淤積物勘測調查(2010~2011年),為研究水庫淤積物干濕容重及其分布提供了基礎資料。此外,將進一步開展使該設備用于懸移質含沙量監測的試驗研究。
水面流態(含波浪)觀測新技術
(1)1996~1997年,嘗試應用GPS無靜態初始化技術開展葛洲壩上游三江航道口門區及以上連接河段大流量(40000m3/s以上)實船航跡線觀測,取得圓滿成功。
(2)2008~2009年應用先進的GPSRTK技術,開展三峽壩區上游隔流堤水流流態(亦稱為“滑梁水”)觀測;2010年,用于葛洲壩和三峽兩壩間通航水流條件的流態觀測;2004~2008年,用于葛洲壩下游胭脂壩護底區流態觀測。
(3)2003年應用海洋型波浪儀,成功開展了三峽工程三期圍堰拆除暴破沖擊波監測和2006年葛洲壩下游泄水橫波監測,以及2010年葛洲壩與三峽兩壩間峽谷段的波浪監測。上述水文、河道勘測科研成果匯編《葛洲壩下游控制性節點及護底試驗效果研究》獲得了2009年長江委科技進步二等獎。
河道勘測與測繪
GPS技術應用與創新1995年8月,引進了第一套GPS接收機———Trimble4000SSE。之后又先后引進了國外不同公司生產的各類GPS達50余臺套。
(1)為了適應三峽地區的特殊環境,探索出了GPS靜態觀測和快速靜態觀測相結合的控制測量方法。1997年,在全江率先發現并解決了DGPS延時問題,率先打破了傳統人工觀測方式,將DGPS應用于大比例尺水下地形測量,極大地提高了測繪作業效率。2006年,開展了TrimbleR3GPS小比例尺陸上地形測量試驗研究,并成功地運用于中下游長程水道地形之陸上測量,取得較好的效果[29]。
(2)應用GPS,開展了三峽移民界樁首級控制網(1996年)、三峽庫區(涪陵以下)干支流控制網、向家壩至朱沱控制網等大量的控制測量(2011年);三峽水庫蓄水區本底水道地形測量(2006年)及長江中下游長程水道地形測量(2006年)等大量地形測量、瓊州海峽水下地形多波束掃測(2010年)、青海湖容積測量(2011年)等;宜昌水文站、黃陵廟水文站、廟河水文測驗中用GPS代替常規測船定位;將GPS羅經數據接入ADCP系統開展水文測驗,均取得豐富成果和成功經驗。
多波束測深系統及其應用2004年引進了SeaBat8101多波束測深系統,該系統能一次給出與航線相垂直平面內的幾十個甚至上百個深度,從真正意義上實現了水下地形的面測量。
(1)通過SeaBat8101多波束測深系統在大水深、高邊坡及河床起伏變化急劇等復雜條件下的河道水下地形精密測繪的應用可行性研究,探討了利用單波束測深儀率定系統精度方法、軟件處理數據方式、系統與Hypack軟件、CARIS軟件結合的耦合性,以及與GPSRTK技術相結合實施高精度無驗潮水下地形測量的方式方法[30]。
(2)該系統于2004年成功應用于天津海河口清淤效果檢測,2005~2007年先后用于葛洲壩下游大江沖沙閘護岸大修水下測量、下游河床護底工程擴大生產試驗水文泥沙監測以及下游河勢調整工程的水文監測,2006~2008年涪陵-重慶段炸礁工程,2008年三峽壩前水下異物多波束安保監測,2009年三峽水庫蓄水175m對水沙特性變化的影響監測研究,2010年葛洲壩上游二江發電廠前集裝箱探測,2011年江蘇如東黃海大橋及蘇通大橋主橋墩每年兩次多波束監測等[31]。
(3)該系統的應用研究成果《SeaBat8101多波束測深系統開發與應用研究》于2009年獲長江水利委員會青年科學技術一等獎。
應用該系統完成的《長江葛洲壩水利樞紐下游河床護底工程擴大生產性試驗水文泥沙監測》成果獲2007年中國測繪學會優秀測繪工程獎銀獎。青海湖及瓊州海峽等水下地形測繪新技術2011年,水利普查項目之一———青海湖容積測量及瓊州海峽跨海工程水下地形測量中,采用了多項測量新技術,解決了以下技術難題。
(1)青海湖周長360km,東西長109km,南北寬約40km,面積約4340km2,是我國第一大咸水湖。青海湖沿湖邊有GSM信號覆蓋,但湖心區域及縣界區GSM信號覆蓋不理想。經研究,決定采用星站GPSRTK技術的一體化測量方案和有驗潮測驗方式,解決了青海湖容積的水深測量問題。
(2)青海湖海心山水位站距最近陸地有25km,采用了青海省似大地水準面GPS高程擬合技術,解決了該水位站水尺零點高程接測難題。并采用中繼站通訊技術解決了基準站差分信號的轉發,擴大了其信號的覆蓋范圍[32-33]。
(3)根據聲速剖面儀監測及預測湖區某一區域的水溫梯度和鹽度變化,采用近似平均聲速法改正技術,解決了青海湖水深測量精度問題。
(4)測量期,常遇5~7級陣風和湖面高約1m的風浪,直接影響水深測量精度。采用波浪改正技術解決了青海湖容積測量中水深測量精度難題。
(5)GPS差分測量可以非常精確地測定兩點之間的相對高差,小區域范圍內,高程異常值是一個常數,通過該高差便可反算出流動站GPS相位中心的高程,該高程同基準站具有相同的高程基準面。然而,大于50km(特別是海洋或近海水域)則要建立一個高程異常模型,通過建立瓊州海峽跨海工程水下地形高程異常模型,解決了該項目420km2水下地形測量問題。
測深技術及測深儀無紙化技術針對三峽河段復雜地形對測深精度的影響,曾組織專業技術人員開展回聲測深儀的選型、測深技術和測深儀無紙化技術研究[34-35]。
(1)測深儀無紙化技術是指測深回波模擬信號數字化,并通過計算機將數字化信號轉換成圖像方式儲存,從而實現水下地形測量的無紙化。該技術從根本上解決了測深儀在打印回波模擬信號時可能產生的機械誤差、打印延時響應誤差、人工判讀誤差以及回聲紙存放后產生的模糊效應誤差等,從而較大地提高了水深測量精度,特別是通過計算機完成水深判讀,從而使水深量校效率提高80%以上。
(2)該技術在多個大型水下地形測量項目中得到成功運用并取得良好效益。
(3)根據多年的試驗研究經驗,主編了《長江委水文局水深測量技術規程》(CSWH203-2011),并于2011年5月1日正式實施。測量機器人測量機器人是一種能代替人進行自動搜索、跟蹤、辨識和精確照準目標并獲取角度、距離、三維坐標以及影像等信息的智能型電子全站儀,也是現代多項高技術集成應用于測量儀器制造領域的最杰出代表。測量機器人通過CCD影像傳感器和其他傳感器對現實測量世界中的“目標”進行識別,迅速作出分析、判斷與推理,實現自我控制,并自動完成照準、讀數等操作,以完全代替人工操作。2011年3月,水文三峽局承擔完成的三峽庫區支流1:2000水道地形測量任務中,解決了大寧河等因山勢陡峭無法收到GPS信號、也無法使用人工(經緯儀)觀測手段收集地形資料的峽谷河段的水下地形測量問題。數字測繪技術數字化測繪系統是過渡到GIS系統的前端數據,EPSW98結合GPS應用于工程水文河道測量,極大地提高了水文勘測的自動化水平和測量質量。(1)1998年引進清華山維EPSW98電子測繪平臺(數字化測繪系統),并成功應用于長江重要堤防工程測量。(2)該技術在2002年三峽導流明渠截流龍口形象監測、汶川地震和西藏墨脫搶險應急水文監測中充分發揮了作用。
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