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数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com1数字化水文站建设及水文仪器维修培训教材2008/12编写人:南京戴维科技有限公司教授级高工戴建国南京戴维科技有限公司数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com22008年12月目录1.我国现代化数字水文站的建设…………………31.1.坚持科学发展观详实了解我国水域实情…………………31.2.做到与时俱进，同步发展…………………………31.2.1.数字水文站的网络结构……………………………31.2.2.新型的流速传感器与流量的自动测量…………………51.2.3.新型的水位传感器与水位的自动测量………………151.2.4.新型的雨量传感器与雨量的自动测量………………191.2.5.新型的数字蒸发传感器数字式水面蒸发的自动测量………201.2.6.不同环境条件的数字化水文站的解决方案……………211.2.7.新型的泥沙采样仪器与缆道遥控技术………………212.关于水文缆道建设的设计实施与维护……………242.1.缆道部分…………………………………242.1.1缆道操作站房的设计布局………………………242.1.2缆道的设计与架设………………………………252.1.3.三角行车设置…………………………252.1.4.平衡锤的布设方法和利弊…………………………252.1.5.特殊条件下的循环索走线……………………………262.1.6.主索的架设……………………………272.1.7.带拉偏缆道的架设……………………………282.1.8.缆道信号的传输路径……………………………282.2.水文测流缆道的避雷设计与实施……………………292.2.1水文缆道测验系统的基本结构…………………292.2.2.缆道测流系统雷电的引入路径…………………302.2.3.水文缆道建设中的避雷设计与实施…………………302.2.4.缆道房动力电源的避雷措施…………………312.2.5.缆道测控装置的避雷设计与措施………………312.2.6.对缆道测流站的避雷特别提醒………………322.3.缆道测流装置……………………………332.3.1.ELZ-1D型水文缆道自动(PLC)测控台…………………332.3.2.ELZ-1D-4型缆道测距定位仪…………………………372.3.3.ELZ-1D-5型缆道流速测算仪…………………………442.3.4.缆道综合信号源…………………………………482.3.5.缆道控制台的安装与连线……………………………522.3.6.仪器的检测与安装………………………………552.3.7设备维护…………………………………562.3.8.ELZ-1D型水文缆道自动测控系统软件操作系统…………572.4.缆道测流操作使用规程………………………65数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com31.我国现代化数字水文站建设随着水文站现代化的发展,一个水文测验自动化、信息采集数字化、数字传输网络化的数字化水文站建设热潮正在蓬勃开展。.水文流量测验正从过去的点测量发展到线测量和面测量,大大缩短测流历时,提高了精度；..水位测量逐步向一机全量程大变幅自动化高精度观测发展；.雨量也逐步向一机全量程高分辨率（0.1mm）高精度数字自动化测量发展；.蒸发也正向高分辨率高精度数字自动化测量发展；.数据存储也从日记，周记，月记向季记、年记等长时间大容量存储发展;.数据传输也从有线、无线电台、卫星、有线电话、无线电话、发展到GSM无线信息、.GPRS（CDMA）等无线网络信息传输方向发展；.中心站数据收集也从人工收集整编向自动收集、数据库建设、自动整编方向发展。为了使我国现代化数字水文站建设能健康发展，我公司特将我们多年的实践经验加上新技术的发展趋势，汇集撰写成我国现代化数字水文站建设的研讨一文，重点就水文自动测验的新方法新仪器汇集成文，抛砖引玉，以供参考。1.1.坚持科学发展观详实了解我国水域实情我国地域广阔，水域地势十分复杂，水资源测验参数众多，东南西北各具特色，如西北部、北部、东北部的漫滩河流和低温气候，黄河流域的高沙宽浅河流，西北部的山溪性河流和多漂浮物河流，西南地区的高流速河流，东南部的低流速河流，还有大量农田灌区的标准梯形和距形渠道等等，无一不是对实现水文测验自动化的难题，致使还有大量人工观测场站和项目，与当今高技术的发展极不协调，时至今日虽已有众多新型的水文测验仪器，但多因价格较高昂,投资有限,再加不同仪器的局限性而不宜普遍推广，由此进一步研究掌握新型水文仪器的应用性能特点和我国广大水域特点是十分必要的。1.2.做到与时俱进，同步发展。根据西北部、北部、东北部水文特征,多数测站的流量、水位、雨量、蒸发和泥沙等测量自动化都无力进行，更谈不上数字化，为此我们根据多年的实践经验，结合目前水文新仪器的发展试选部分新型水文仪器和测验方法作为西北部、北部、东北部地区水文测站的自动化监测仪器和方法，以作为实现数字化水文站的基础设施。1.2.1.数字水文站网络结构数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com4所有水文站要实现数字化,首先必需实现各水文要数的自动化和数字化监测,如图1.1所示:将各个要数通过有线或无线数据短传到数据采集存储系统,一方面汇成统一的数据流通过网络传输,一方面通过测站计算机实时监视。图1.1.数字水文站网络结构图但目前绝大多数水文站都不能完全实现上述方案，故可按如下的分步方案实施。不能完全实现自动化监测的，可由人工按数字化要求处理置入到数据采集存储系统中，使后续的数据存储、处理、网络传输及整编统一。图1.2.数字水文站网络结构目前适用图数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com51.2.2.新型的流速传感器与流量的自动测量1.2.2.1.新型的DW牌水文自动缆道测控(测流控制)系统，主要指用经典的机械转子式流速仪架于水文缆道的测流铅鱼上，由计算机控制自动完成逐点流速测量和断面面积测量，并直接计算出断面流量。目前技术性能已较成熟，已在全国推广使用。该系统具有技术先进、自动化程度高、测点自动减速停车,运行可靠、精度高,操作简便等特点，能广泛适用于水文缆道站的新建与改造工程。该系统是集交流变频调速、PLC可编程控制、光栅编码测距、自动定位控制、缆道测流、缆道采样和缆道无线图1.3.水文缆道自动测控系统示意图信号传输以及计算机联机测控和数据整编等技术于一体的新型组合。可实现对测流铅鱼的出车、回车、下降、提升的无级变速自动控制和半自动变速行车控制；起点距、水深位置测量显示，流速测量显示和计算机通讯。本装置还设有测点自动减速停车功能，河底信号停车和四象限越限保护停车等功能，并保留有手动和半自动操作和停电测量等功能。并还配有绞车房图象监视系统，达到安全、快速、方便测流。还可选配缆道采样器。可通过计算机对缆道测流装置进行全自动、半自动、手动测流控制，最终均可自动给出断面流量报表和断面流速分布曲线图。图1.4.缆道走线架设示意图新型的DW牌水文缆道自动测控系统，在测验速度和测量精度方面有进一步提高，同时系统的适用性和可靠性也有很大提高。具有自动化数字化程度高，测验快速准确，在西北部适用范围宽,特别在避雷方面有着较全方位的良好保护。该系统具有:1.全自动测流功能,带任意中断暂停和任意垂线补测功能。数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com62.半自动测流功能,可不分垂线顺序施测。3.手动测流功能。4.人工数据录入功能。5.标准测次流量报表计算功能。6.低水和浅水测次流量报表计算功能。7.断面流速分布图生成功能,8.断面测量动态跟踪示图功能,9.测量、计算常规河床和复式河床流量功能。特点:测量时可全速运行,启动时自动加速,停车时自动减速停车,具有铅鱼运行平稳,自动定位停车准确度高。.流速、水面、河底信号传输简单可靠。.测流参数显示全面、准确，参数设置界面有好。图.1.5.最新的水文缆道自动测控台.垂线距设定简捷方便。垂线测量方式任意设定。不足之处：测验方法经典，一次测量时间仍然较长，在高流速、多漂浮物和山溪性河流仍有不适之处，但在人工经验的配合下，仍是适用性最强的测流方式。其测深测流的自动行走路线如图所示,逐条垂线测深,逐点测流缆道自动测量工作路径如图所示。图1.6.缆道测验行走路线图水文缆道自动测流控制系统的全套设备如图1.7所示:测深测流行走路线数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com7图1.7水文缆道自动测流控制系统的全套设备图1.2.2.2.缆道非接触式雷达流速仪其仪器已有十多年历史，但直到目前才更加进一步改进完善了该仪器的性能结构，使之应用更加方便稳定小巧，加之美国进口的手持式雷达流速仪，德国SEBA雷达测流仪等都已具备缆道悬挂移动测量,其信号通过无线电台发射传输。该方法已在黄河、湖南等少数水文站实现了与缆道(或吊箱)结合进行垂线水面流速非接触测量，推求垂线平均流速，利用超声波测深（或借用水深）计算断面面积而达到断面流量测验。其测深测流的自动行走路线如图所示，逐条垂线测深，在有条件时可选用超声波测深仪测深（或借用水深）,逐条垂线表面测流。该方法的最大特点是较为适合高含沙、高流速、多漂浮、山溪性河流，测量历时较短，一般仅需10-20分钟测量一个断面，是山溪性河流汛期较多的测量方法。不足之处是要求河床断面较为稳定，否则水面流速与垂线平均流速的关系式难以建立，其测量工作路径如右图所示。图1.8.缆道或吊箱非接触流量测量系统1.2.2.3.非接触式雷达水位流速仪系统非接触雷达自动观测设施如图1.9所示：大多用于山溪径流、溢洪道流量和有条件的测流断面的流量自动观测，采用非接触式雷达流速仪观测流速，用非接触式雷达水位观测水位，可采用固定式或移动式,改变测流垂线，由（电台）无线发射测量数据，由计算机自动接收，根据水文流量计算方法计算出流量。图1.9.非接触雷达流量测量系统仪器布置图数字水文站及水文仪器维修培训教材公司：南京戴维科技有限公司联系电话：02586931155网址:@vip.sina.com81.径流流量自动监测原理根据监测断面的具体情况,用雷达流速仪定时测水表面流速Vi确定表面流速与断面平均流速的关系系数a,再根据雷达水位计测出的水位H与断面面积的关系，S=f(H)按公式求得流量：Q=f(H)·aVi……………………………………….设计要求:.测流速范围:0.50-10.00m/s..测速误差:±2.5%..水位:0.00-10.00m..水位误差:±0.01m..水位流速测量周期:可设定.2.自动测量装置的总体方案流量自动测量装置组要由雷达水位仪、电波流速仪、数据电台或GSM(GPRS)及电源系统等组成，中心测站设备由相应的无线数据接收设备和计算机及数据测量软件等组成具体如图1.10所示。图1.10.流量自动测量装置示意图数字水文站及水文仪器维修培训教材公司