水利工程論文-明渠截流水文監(jiān)測中的高新技術(shù)及應用摘要：三峽工程明渠截流具有截流落差大、流量大等特點。截流水文監(jiān)測過程中，運用網(wǎng)絡、GPS、ADCP等多項水文監(jiān)測高新技術(shù)，收集了大量實時水文資料，為施工指揮、決策、設計等提供了依據(jù)。關(guān)鍵詞：水文監(jiān)測高新技術(shù)明渠截流三峽工程長江1前言長江三峽工程導流明渠截流具有截流落差高、流速流量大、截流總能量高、施工強度高等特點，影響因素眾多，技術(shù)問題復雜。截流戧堤落差、堤頭流速分布、戧堤形象、導流底孔分流比等水文信息對指導截流施工起著重要的支持作用。截流施工現(xiàn)場作業(yè)面較小，明渠內(nèi)流態(tài)紊亂，封航前必須保證通航等原因使許多常規(guī)方法的水文測驗無法實現(xiàn)。運用有線和無線網(wǎng)絡、多波束測深和前視聲吶系統(tǒng)、全球定位流量測量系統(tǒng)、激光全站儀、電波流速儀等高新技術(shù)和方法，及時準確地收集了大量流速、流量、水位、戧堤形象等實時資料，實現(xiàn)了信息的采集和發(fā)布自動化，避免了常規(guī)測驗方法的缺點，確保了安全。截流過程中收集到的大量水文實測信息對指導截流施工起到了重要的作用。2網(wǎng)絡技術(shù)應用三峽工程明渠截流水文信息處理數(shù)據(jù)量大，時間要求緊迫，如果按照常規(guī)方法處理，不可能滿足工作需要。明渠截流期間，水文氣象信息處理中心（以下簡稱中心）負責水位、流量、流速分布、導流底孔與壩址的分流比、固定斷面監(jiān)測、水面流速流向等數(shù)據(jù)的收集、分析、計算、整理、歸檔，并向截流決策部門、施工單位發(fā)布水文信息。利用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術(shù)和信息處理技術(shù)建設現(xiàn)代化的信息服務系統(tǒng)，實現(xiàn)從信息采集到基于Web的實時發(fā)布，是明渠截流對水文信息處理工作的要求。2.1網(wǎng)絡硬件環(huán)境三峽工程明渠截流水文氣象信息網(wǎng)絡，包括中心局域網(wǎng)、中心與長江三峽工程開發(fā)總公司（以下簡稱公司）網(wǎng)連接、公司網(wǎng)與長江水利委員會水文局（簡稱水文局）網(wǎng)連接。中心局域網(wǎng)包括1臺服務器、7臺微機、6臺筆記本計算機、2臺打印機，用雙絞線連接到交換機。這臺服務器兼WEB服務器、數(shù)據(jù)庫服務器和撥號服務器。5條電話線路接調(diào)制解調(diào)器，用于客戶撥號訪問中心的網(wǎng)絡。在其中的一臺計算機上連接水位自記儀和無線數(shù)據(jù)傳輸電臺。各外業(yè)站點配備計算機，其數(shù)據(jù)通過Internet、無線數(shù)據(jù)傳輸電臺、或無線對講機傳到中心。在中心的服務器上安裝雙網(wǎng)卡，一塊用于連接中心局域網(wǎng)，另一塊用于與公司網(wǎng)互聯(lián)。與公司網(wǎng)聯(lián)接的網(wǎng)卡通過公司網(wǎng)分配的IP地址、網(wǎng)關(guān)聯(lián)到公司網(wǎng)、上互聯(lián)網(wǎng)。該IP地址由公司的域名服務器解析，公司用戶用域名即可訪問到中心的網(wǎng)站。2.2網(wǎng)絡軟件環(huán)境中心的服務器采用Windows2000Server網(wǎng)絡操作系統(tǒng)?？蛻魴C及外業(yè)站點微機的操作系統(tǒng)為Windows98/Windows2000。外業(yè)站點與中心無線數(shù)據(jù)傳輸采用自行開發(fā)的通訊軟件，或用電子郵件發(fā)送數(shù)據(jù)到中心。數(shù)據(jù)處理中心用自行開發(fā)的一系列軟件建數(shù)據(jù)庫、計算、分析、處理數(shù)據(jù)。在公司網(wǎng)上使用LotusNotes中文版網(wǎng)絡軟件。2.3網(wǎng)站建設與維護制作了三峽水文氣象信息網(wǎng)，包括水文監(jiān)測、壩址水情、龍口預報、氣象信息、水文計算、上游水情等主要欄目。2.4數(shù)據(jù)收集、處理各外業(yè)站點的測驗數(shù)據(jù)通過無線對講機、無線數(shù)據(jù)傳輸電臺、Internet郵件等傳入數(shù)據(jù)處理中心。從外業(yè)站點發(fā)回數(shù)據(jù)處理中心的各種信息，全部存放在計算機硬盤上。由于采用了網(wǎng)絡技術(shù)，整個系統(tǒng)的硬件、軟件及數(shù)據(jù)資源都能共享，這樣，數(shù)據(jù)處理中心工作人員就可相互協(xié)同工作，減小了各種數(shù)據(jù)在中心的滯留時間。數(shù)據(jù)處理中心工作人員，每收到一類信息，立即將其進行分析、計算、整理、歸檔，并及時向截流決策部門、施工單位發(fā)布水文信息。為了保證成果質(zhì)量，點繪了落差與水位關(guān)系曲線、上下龍口最大流速過程線、上下戧堤水面寬變化過程線、導流底孔分流比過程線、壩址流量過程線等大量的圖形，用于數(shù)據(jù)的合理、正確性分析。2.5信息發(fā)布發(fā)布主要內(nèi)容包括水位、流量、流速、水面流速流向、固定斷面、水下地形等資料和相關(guān)的分析成果。信息發(fā)布主要以網(wǎng)站的形式，輔以電子郵件、電話、傳真、手機短信、人工遞送等。公司網(wǎng)絡用戶直接上網(wǎng)訪問網(wǎng)站。公司外用戶可用撥號方式撥入中心的撥號服務器或公司的撥號服務器，來訪問網(wǎng)站。網(wǎng)站采用動態(tài)的形式發(fā)數(shù)據(jù)，只要登錄到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，即可在網(wǎng)站上及時看到。與此同時，根據(jù)截流的進展情況，一天一次、一天兩次或兩小時一次，制作水文監(jiān)測綜合信息，在網(wǎng)上發(fā)布。對公司的主要領(lǐng)導、相關(guān)單位及有關(guān)人員，將水文監(jiān)測信息發(fā)送到他們的電子郵箱（或公司Notes郵箱）。對不能上公司網(wǎng)的單位，我們用傳真的方式，發(fā)送水文信息。對現(xiàn)場決策、管理及施工單位，用手機短信或電話，及時發(fā)送主要數(shù)據(jù)。在形成龍口后，從其他作業(yè)組抽調(diào)了兩人，用電話逐時發(fā)布水文監(jiān)測數(shù)據(jù)。對公司主要領(lǐng)導、檔案館等有關(guān)單位，我們一天一次或兩次，將水文監(jiān)測資料、信息，制成紙介質(zhì)文檔，用人工遞送。3多波束測深及前視聲吶系統(tǒng)3.1系統(tǒng)簡介多波束測深系統(tǒng)也稱聲吶陣列測深系統(tǒng)。隨著計算機硬件與軟件不斷完善，以及GPS全球定位系統(tǒng)的應用，系統(tǒng)不僅在海洋測繪中得到廣泛應用，而且在江河湖泊水下測繪中的作用日益廣泛。多波束測深系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了測深數(shù)據(jù)自動化和在外業(yè)準實時自動繪制出測區(qū)水下彩色等深圖，而且還可利用多波束聲信號進行側(cè)掃成像，提供直觀的測時水下形態(tài)，被形象地稱為“水下CT”。多波束測深系統(tǒng)工作原理和單波束測深一樣，是利用超聲波原理進行工作的，不同的是多波束測深系統(tǒng)信號接收部分由n個成一定角度分布的相互獨立的換能器完成，因此系統(tǒng)每次能采集到n個水深點信息。明渠截流水文監(jiān)測中使用的多波束測深系統(tǒng)型號為SeaBat9001S，它具有兩種發(fā)射工作方式。3.2系統(tǒng)組成多波束系統(tǒng)是一套多傳感器系統(tǒng)，除多波束本身外，還包括定位測量系統(tǒng)、船舶姿態(tài)測量系統(tǒng)和船艏向測量系統(tǒng)。SeaBat9001S多波束測深系統(tǒng)由甲板單元處理器和水下探頭兩部分組成。其它配置包括處理器控制指令、采集和顯示數(shù)據(jù)，水下探頭發(fā)射和接受聲吶脈沖；選件配置包括計算機、DGPS、運動傳感器（MRU）、電羅經(jīng)（CYRO）、視頻信號記錄器、旁掃記錄器等。3.3在明渠截流中運用在明渠截流中，SeaBat9001S多波束測深系統(tǒng)主要用于明渠上、下戧堤圍堰形象監(jiān)測施測前，在臨時船閘LS01號固定斷面上進行了系統(tǒng)標定，標定項目包括導航系統(tǒng)時延（Latency）、縱偏（Pitch）、橫偏（Roll）和艏偏（Yaw）。擔任本次測量導航的軟件為HypackMAX，作業(yè)時用圖形和數(shù)字方式指示測船的航跡、偏航等各種導航信息。多波束數(shù)據(jù)采集由SeaBat9001S隨機攜帶的“6042”軟件完成。多波束數(shù)據(jù)后理采用加拿大通用系統(tǒng)公司（UniversalSystem）開發(fā)的商用軟件“CARIS”。由于隨著上、下戧堤龍口不斷縮小，流速不斷面增大，故本次采用從上游往下游施測線路，結(jié)果表明多束波信號接收良好。部分成果見圖3：圖3下戧堤龍口水下地形圖通過CARIS軟件對測量結(jié)果進行數(shù)學建模，可生成三維立體圖。部分成果如圖4所示。三峽工程明渠截流中，當上、下戧堤龍口接近40米時，多波束測深系統(tǒng)只一條航線就完成了水下布點工作，但如果采用單波束測深系統(tǒng)則最少要4條航線才能完成水下布點工作。這為減少測船通過龍口