發(fā)布時(shí)間：2015-09-21所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 在當(dāng)前有關(guān)水利工程中所應(yīng)該加強(qiáng)的措施有哪些呢?面對(duì)高新科技的創(chuàng)新，又該怎樣將這些高新科技技術(shù)運(yùn)用到水利工程建設(shè)當(dāng)中來(lái)呢?文章選自： 《水利水電技術(shù)》 ,《水利水電技術(shù)》雜志是水利部主管、水利部發(fā)展研究中心主辦的水利水電行業(yè)的綜合性技術(shù)刊物，創(chuàng)刊
在當(dāng)前有關(guān)水利工程中所應(yīng)該加強(qiáng)的措施有哪些呢?面對(duì)高新科技的創(chuàng)新，又該怎樣將這些高新科技技術(shù)運(yùn)用到水利工程建設(shè)當(dāng)中來(lái)呢?文章選自：《水利水電技術(shù)》,《水利水電技術(shù)》雜志是水利部主管、水利部發(fā)展研究中心主辦的水利水電行業(yè)的綜合性技術(shù)刊物，創(chuàng)刊于1959年，現(xiàn)對(duì)國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行，為全國(guó)中文核心期刊、中國(guó)科技核心期刊。以介紹我國(guó)水利水電工程的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理和科學(xué)研究等方面的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)為主，同時(shí)也報(bào)道國(guó)外的各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。是我國(guó)水利水電科技刊物中創(chuàng)刊較早、影響范圍較大、發(fā)行量較多的刊物。
摘要：在長(zhǎng)江三峽河段進(jìn)行水文勘測(cè),無(wú)論是天然時(shí)期,或是工程建設(shè)時(shí)期,以及工程運(yùn)行時(shí)期,都面臨急、難、險(xiǎn)、重的任務(wù),伴隨的是各類風(fēng)險(xiǎn),如果沒(méi)有可靠的技術(shù)手段,不僅質(zhì)量、工期不能保證,安全風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增大。因此,新技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新促進(jìn)了三峽水文勘測(cè)研究的發(fā)展。通過(guò)引進(jìn)、吸收、開發(fā)、革新,將高新技術(shù)應(yīng)用于水文勘測(cè)研究,為長(zhǎng)江防洪、河道整治、工程建設(shè)提供了可靠的水文專業(yè)服務(wù),同時(shí)也引領(lǐng)著水文生產(chǎn)服務(wù)朝著高科技、自動(dòng)化、信息化、優(yōu)質(zhì)高效的方向發(fā)展。
關(guān)鍵詞：高新技術(shù),水利工程,工程師論文
三峽庫(kù)區(qū)深水流量測(cè)驗(yàn)和異步測(cè)沙技術(shù)三峽水庫(kù)自2003年開始蓄水,現(xiàn)已按145~175m調(diào)度運(yùn)用,庫(kù)區(qū)最大水深近200m,水文測(cè)驗(yàn)面臨巨大困難,主要表現(xiàn)在儀器設(shè)備的測(cè)程不夠,精度受大水深的影響。通過(guò)研制、引進(jìn)新設(shè)備,解決了以下主要問(wèn)題:
(1)一般河道采用300~600kHzADCP即滿足要求,但針對(duì)三峽水庫(kù)壩前的大水深條件,首次引進(jìn)了測(cè)深能力較強(qiáng)的低頻ADCP(150kHz),配合星站GPS、GPS羅經(jīng),通過(guò)大量比測(cè)試驗(yàn),成功實(shí)現(xiàn)了廟河水文站、壩前及庫(kù)區(qū)各斷面的流量和流場(chǎng)測(cè)驗(yàn)。
(2)研制深水型自動(dòng)絞關(guān),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(jiān)測(cè)難題,提高了測(cè)驗(yàn)效率。
(3)研究了異步測(cè)沙技術(shù),通過(guò)研制軟件可直接從ADCP流場(chǎng)數(shù)據(jù)中提取流速計(jì)算垂線含沙量及輸沙率,解決了懸移質(zhì)輸沙率異步測(cè)驗(yàn)問(wèn)題。H-ADCP自動(dòng)流量監(jiān)測(cè)新技術(shù)在三峽工程蓄水前,黃陵廟水文站流量報(bào)汛采用實(shí)測(cè)流量連時(shí)序法,平均每年需要150次實(shí)測(cè)流量,工作量巨大,因而先后探討了連時(shí)序法、單值化方法(分段綜合落差指數(shù)法)和水量平衡法等資料整編方法。三峽水庫(kù)蓄水運(yùn)用后,受三峽-葛州壩梯級(jí)調(diào)度影響,兩壩間水位流量關(guān)系變得更加復(fù)雜,上述方法均不能滿足流量報(bào)汛和資料整編要求。
為此,引進(jìn)了H-ADCP開展比測(cè)試驗(yàn),主要解決了以下技術(shù)問(wèn)題:
(1)經(jīng)調(diào)研,2003年在國(guó)內(nèi)較早引進(jìn)H-AD-CP(亦稱水平式ADCP),開始了黃陵廟斷面的在線流量監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。
(2)試驗(yàn)取得一定效果后,先后建設(shè)了H-ADCP專用工作平臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸線路、不間斷電源、防雷設(shè)施及報(bào)汛網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)硬件。
(3)開展比測(cè)試驗(yàn)研究,對(duì)H-ADCP在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(指標(biāo)流速)進(jìn)行報(bào)汛參數(shù)率定方法研究,并研制了后處理軟件。該軟件可根據(jù)實(shí)測(cè)流量實(shí)時(shí)自動(dòng)修正參數(shù),確保流量報(bào)汛成果的精度[22]。
(4)研制自動(dòng)報(bào)汛軟件,通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或衛(wèi)星等通信網(wǎng)絡(luò),2007年7月1日成功實(shí)現(xiàn)了流量實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)汛,該站也是長(zhǎng)江委水文局第一個(gè)正式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)流量報(bào)汛的測(cè)站。
(5)開展了基于小波分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的H-ADCP整編方法研究,取得了較好的效果[23]。
(6)H-ADCP應(yīng)用研究成果《聲速多普勒流量測(cè)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)研究》獲2007年大禹水利科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)。
水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)新技術(shù)
(1)在2000年5月西藏易貢巨型滑坡堰塞湖搶險(xiǎn)監(jiān)測(cè)中,不僅使用走航式ADCP準(zhǔn)確測(cè)到入庫(kù)流量,還對(duì)整個(gè)湖區(qū)進(jìn)行了10余個(gè)斷面和間距測(cè)量,從而計(jì)算出堰塞湖的庫(kù)容曲線,為堰塞湖搶險(xiǎn)救災(zāi)提供水文技術(shù)支撐[24]。其成果匯編《國(guó)際跨境河流典型山體滑坡(崩塌)堵江水文極值事件應(yīng)急實(shí)驗(yàn)研究》獲2006年度大禹水利科學(xué)技術(shù)三等獎(jiǎng)。
(2)在2008年5月12日四川汶川強(qiáng)烈地震后的綿陽(yáng)、德陽(yáng)等地區(qū)堰塞湖監(jiān)測(cè)中,運(yùn)用全站儀免棱鏡測(cè)量技術(shù)快速完成了唐家山等堰塞體的形象測(cè)量,為搶險(xiǎn)排險(xiǎn)及時(shí)提供基礎(chǔ)依據(jù)[25-26]。
(3)2009年3~4月西藏墨脫堰塞湖搶險(xiǎn)監(jiān)測(cè)中,運(yùn)用3S技術(shù)及電波流速儀等,對(duì)堰塞湖的各種參數(shù)及時(shí)進(jìn)行了監(jiān)測(cè),特別是采用GPS靜態(tài)控制測(cè)量技術(shù),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(cè)到了堰塞湖現(xiàn)場(chǎng)和墨脫縣城,為搶險(xiǎn)救災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。蒸發(fā)氣象與墑情自動(dòng)監(jiān)測(cè)宜昌蒸發(fā)站是長(zhǎng)江流域乃至國(guó)內(nèi)少有的大型蒸發(fā)試驗(yàn)場(chǎng),于1984年正式投入運(yùn)行,觀測(cè)項(xiàng)目達(dá)10余個(gè);2006年引進(jìn)蒸發(fā)、氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);2007年又增加了土壤墑情監(jiān)測(cè)。為保護(hù)蒸發(fā)場(chǎng)各類電子設(shè)備設(shè)施,2008年專門設(shè)計(jì)修建了防雷塔。經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用,效果顯著。
泥沙測(cè)驗(yàn)及河床組成勘測(cè)新技術(shù)自葛洲壩工程開工以來(lái),先后研發(fā)和引進(jìn)應(yīng)用過(guò)多種泥沙測(cè)驗(yàn)儀器,如同位素測(cè)沙儀、挖斗式采樣器、近底層懸移質(zhì)采樣器、卵石及沙質(zhì)推移質(zhì)采樣器等[27],近年來(lái)又引進(jìn)了一批先進(jìn)的測(cè)沙設(shè)備,取得了可喜成果[28]。
(1)三峽水庫(kù)蓄水后,為研究不同計(jì)算方法(輸沙率法與體積法)產(chǎn)生的水庫(kù)淤積量誤差,2003~2005年重新設(shè)計(jì)制造了近底懸沙采樣器,并在出庫(kù)站———宜昌水文站應(yīng)用中獲得成功。
(2)自2010年起,在廟河、黃陵廟、宜昌3個(gè)水文站,采用LISST-100X和濁度儀開展懸移質(zhì)泥沙報(bào)汛,并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了比測(cè)試驗(yàn)研究,取得了初步成果。
(3)2011年在宜昌站開展了ADCP測(cè)沙試驗(yàn)工作。
(4)目前在泥沙分析工作中,已廣泛運(yùn)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(kù)干容重測(cè)驗(yàn),2003年研制了干容重采樣器,目前僅能采取表層(一般在2m內(nèi)),較大厚度的淤泥不適用,仍需繼續(xù)研究。
(6)2008~2011年,利用三峽集團(tuán)公司引進(jìn)的淺地層剖面儀,開展葛洲壩下游控制節(jié)點(diǎn)河床組成勘測(cè)調(diào)查,為研究控制節(jié)點(diǎn)的抗沖刷能力提供了基礎(chǔ)資料。
(7)利用三峽集團(tuán)公司引進(jìn)的泥漿密度儀,開展三峽水庫(kù)淤積物勘測(cè)調(diào)查(2010~2011年),為研究水庫(kù)淤積物干濕容重及其分布提供了基礎(chǔ)資料。此外,將進(jìn)一步開展使該設(shè)備用于懸移質(zhì)含沙量監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)研究。
水面流態(tài)(含波浪)觀測(cè)新技術(shù)
(1)1996~1997年,嘗試應(yīng)用GPS無(wú)靜態(tài)初始化技術(shù)開展葛洲壩上游三江航道口門區(qū)及以上連接河段大流量(40000m3/s以上)實(shí)船航跡線觀測(cè),取得圓滿成功。
(2)2008~2009年應(yīng)用先進(jìn)的GPSRTK技術(shù),開展三峽壩區(qū)上游隔流堤水流流態(tài)(亦稱為“滑梁水”)觀測(cè);2010年,用于葛洲壩和三峽兩壩間通航水流條件的流態(tài)觀測(cè);2004~2008年,用于葛洲壩下游胭脂壩護(hù)底區(qū)流態(tài)觀測(cè)。
(3)2003年應(yīng)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(jiān)測(cè)和2006年葛洲壩下游泄水橫波監(jiān)測(cè),以及2010年葛洲壩與三峽兩壩間峽谷段的波浪監(jiān)測(cè)。上述水文、河道勘測(cè)科研成果匯編《葛洲壩下游控制性節(jié)點(diǎn)及護(hù)底試驗(yàn)效果研究》獲得了2009年長(zhǎng)江委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
河道勘測(cè)與測(cè)繪
GPS技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新1995年8月,引進(jìn)了第一套GPS接收機(jī)———Trimble4000SSE。之后又先后引進(jìn)了國(guó)外不同公司生產(chǎn)的各類GPS達(dá)50余臺(tái)套。
(1)為了適應(yīng)三峽地區(qū)的特殊環(huán)境,探索出了GPS靜態(tài)觀測(cè)和快速靜態(tài)觀測(cè)相結(jié)合的控制測(cè)量方法。1997年,在全江率先發(fā)現(xiàn)并解決了DGPS延時(shí)問(wèn)題,率先打破了傳統(tǒng)人工觀測(cè)方式,將DGPS應(yīng)用于大比例尺水下地形測(cè)量,極大地提高了測(cè)繪作業(yè)效率。2006年,開展了TrimbleR3GPS小比例尺陸上地形測(cè)量試驗(yàn)研究,并成功地運(yùn)用于中下游長(zhǎng)程水道地形之陸上測(cè)量,取得較好的效果[29]。
(2)應(yīng)用GPS,開展了三峽移民界樁首級(jí)控制網(wǎng)(1996年)、三峽庫(kù)區(qū)(涪陵以下)干支流控制網(wǎng)、向家壩至朱沱控制網(wǎng)等大量的控制測(cè)量(2011年);三峽水庫(kù)蓄水區(qū)本底水道地形測(cè)量(2006年)及長(zhǎng)江中下游長(zhǎng)程水道地形測(cè)量(2006年)等大量地形測(cè)量、瓊州海峽水下地形多波束掃測(cè)(2010年)、青海湖容積測(cè)量(2011年)等;宜昌水文站、黃陵廟水文站、廟河水文測(cè)驗(yàn)中用GPS代替常規(guī)測(cè)船定位;將GPS羅經(jīng)數(shù)據(jù)接入ADCP系統(tǒng)開展水文測(cè)驗(yàn),均取得豐富成果和成功經(jīng)驗(yàn)。
多波束測(cè)深系統(tǒng)及其應(yīng)用2004年引進(jìn)了SeaBat8101多波束測(cè)深系統(tǒng),該系統(tǒng)能一次給出與航線相垂直平面內(nèi)的幾十個(gè)甚至上百個(gè)深度,從真正意義上實(shí)現(xiàn)了水下地形的面測(cè)量。
(1)通過(guò)SeaBat8101多波束測(cè)深系統(tǒng)在大水深、高邊坡及河床起伏變化急劇等復(fù)雜條件下的河道水下地形精密測(cè)繪的應(yīng)用可行性研究,探討了利用單波束測(cè)深儀率定系統(tǒng)精度方法、軟件處理數(shù)據(jù)方式、系統(tǒng)與Hypack軟件、CARIS軟件結(jié)合的耦合性,以及與GPSRTK技術(shù)相結(jié)合實(shí)施高精度無(wú)驗(yàn)潮水下地形測(cè)量的方式方法[30]。
(2)該系統(tǒng)于2004年成功應(yīng)用于天津海河口清淤效果檢測(cè),2005~2007年先后用于葛洲壩下游大江沖沙閘護(hù)岸大修水下測(cè)量、下游河床護(hù)底工程擴(kuò)大生產(chǎn)試驗(yàn)水文泥沙監(jiān)測(cè)以及下游河勢(shì)調(diào)整工程的水文監(jiān)測(cè),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(jiān)測(cè),2009年三峽水庫(kù)蓄水175m對(duì)水沙特性變化的影響監(jiān)測(cè)研究,2010年葛洲壩上游二江發(fā)電廠前集裝箱探測(cè),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(jiān)測(cè)等[31]。
(3)該系統(tǒng)的應(yīng)用研究成果《SeaBat8101多波束測(cè)深系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用研究》于2009年獲長(zhǎng)江水利委員會(huì)青年科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。
應(yīng)用該系統(tǒng)完成的《長(zhǎng)江葛洲壩水利樞紐下游河床護(hù)底工程擴(kuò)大生產(chǎn)性試驗(yàn)水文泥沙監(jiān)測(cè)》成果獲2007年中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)優(yōu)秀測(cè)繪工程獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)。青海湖及瓊州海峽等水下地形測(cè)繪新技術(shù)2011年,水利普查項(xiàng)目之一———青海湖容積測(cè)量及瓊州海峽跨海工程水下地形測(cè)量中,采用了多項(xiàng)測(cè)量新技術(shù),解決了以下技術(shù)難題。
(1)青海湖周長(zhǎng)360km,東西長(zhǎng)109km,南北寬約40km,面積約4340km2,是我國(guó)第一大咸水湖。青海湖沿湖邊有GSM信號(hào)覆蓋,但湖心區(qū)域及縣界區(qū)GSM信號(hào)覆蓋不理想。經(jīng)研究,決定采用星站GPSRTK技術(shù)的一體化測(cè)量方案和有驗(yàn)潮測(cè)驗(yàn)方式,解決了青海湖容積的水深測(cè)量問(wèn)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(zhǔn)面GPS高程擬合技術(shù),解決了該水位站水尺零點(diǎn)高程接測(cè)難題。并采用中繼站通訊技術(shù)解決了基準(zhǔn)站差分信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā),擴(kuò)大了其信號(hào)的覆蓋范圍[32-33]。
(3)根據(jù)聲速剖面儀監(jiān)測(cè)及預(yù)測(cè)湖區(qū)某一區(qū)域的水溫梯度和鹽度變化,采用近似平均聲速法改正技術(shù),解決了青海湖水深測(cè)量精度問(wèn)題。
(4)測(cè)量期,常遇5~7級(jí)陣風(fēng)和湖面高約1m的風(fēng)浪,直接影響水深測(cè)量精度。采用波浪改正技術(shù)解決了青海湖容積測(cè)量中水深測(cè)量精度難題。
(5)GPS差分測(cè)量可以非常精確地測(cè)定兩點(diǎn)之間的相對(duì)高差,小區(qū)域范圍內(nèi),高程異常值是一個(gè)常數(shù),通過(guò)該高差便可反算出流動(dòng)站GPS相位中心的高程,該高程同基準(zhǔn)站具有相同的高程基準(zhǔn)面。然而,大于50km(特別是海洋或近海水域)則要建立一個(gè)高程異常模型,通過(guò)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(xiàng)目420km2水下地形測(cè)量問(wèn)題。
測(cè)深技術(shù)及測(cè)深儀無(wú)紙化技術(shù)針對(duì)三峽河段復(fù)雜地形對(duì)測(cè)深精度的影響,曾組織專業(yè)技術(shù)人員開展回聲測(cè)深儀的選型、測(cè)深技術(shù)和測(cè)深儀無(wú)紙化技術(shù)研究[34-35]。
(1)測(cè)深儀無(wú)紙化技術(shù)是指測(cè)深回波模擬信號(hào)數(shù)字化,并通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)字化信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像方式儲(chǔ)存,從而實(shí)現(xiàn)水下地形測(cè)量的無(wú)紙化。該技術(shù)從根本上解決了測(cè)深儀在打印回波模擬信號(hào)時(shí)可能產(chǎn)生的機(jī)械誤差、打印延時(shí)響應(yīng)誤差、人工判讀誤差以及回聲紙存放后產(chǎn)生的模糊效應(yīng)誤差等,從而較大地提高了水深測(cè)量精度,特別是通過(guò)計(jì)算機(jī)完成水深判讀,從而使水深量校效率提高80%以上。
(2)該技術(shù)在多個(gè)大型水下地形測(cè)量項(xiàng)目中得到成功運(yùn)用并取得良好效益。
(3)根據(jù)多年的試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn),主編了《長(zhǎng)江委水文局水深測(cè)量技術(shù)規(guī)程》(CSWH203-2011),并于2011年5月1日正式實(shí)施。測(cè)量機(jī)器人測(cè)量機(jī)器人是一種能代替人進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀,也是現(xiàn)代多項(xiàng)高技術(shù)集成應(yīng)用于測(cè)量?jī)x器制造領(lǐng)域的最杰出代表。測(cè)量機(jī)器人通過(guò)CCD影像傳感器和其他傳感器對(duì)現(xiàn)實(shí)測(cè)量世界中的“目標(biāo)”進(jìn)行識(shí)別,迅速作出分析、判斷與推理,實(shí)現(xiàn)自我控制,并自動(dòng)完成照準(zhǔn)、讀數(shù)等操作,以完全代替人工操作。2011年3月,水文三峽局承擔(dān)完成的三峽庫(kù)區(qū)支流1:2000水道地形測(cè)量任務(wù)中,解決了大寧河等因山勢(shì)陡峭無(wú)法收到GPS信號(hào)、也無(wú)法使用人工(經(jīng)緯儀)觀測(cè)手段收集地形資料的峽谷河段的水下地形測(cè)量問(wèn)題。數(shù)字測(cè)繪技術(shù)數(shù)字化測(cè)繪系統(tǒng)是過(guò)渡到GIS系統(tǒng)的前端數(shù)據(jù),EPSW98結(jié)合GPS應(yīng)用于工程水文河道測(cè)量,極大地提高了水文勘測(cè)的自動(dòng)化水平和測(cè)量質(zhì)量。(1)1998年引進(jìn)清華山維EPSW98電子測(cè)繪平臺(tái)(數(shù)字化測(cè)繪系統(tǒng)),并成功應(yīng)用于長(zhǎng)江重要堤防工程測(cè)量。(2)該技術(shù)在2002年三峽導(dǎo)流明渠截流龍口形象監(jiān)測(cè)、汶川地震和西藏墨脫搶險(xiǎn)應(yīng)急水文監(jiān)測(cè)中充分發(fā)揮了作用。
