明渠截流水文监测中的全球定位测验系统

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1、明渠截流水文监测中的全球定位测验系统摘要：GPS导航定位系统、ADCP测验系统及数据处理远传系统组成全球定位测验系统，开拓性地实现了全天候、快速、多断面连续的动态水文巡测，满足了三峡工程明渠截流水文监测范围广、要素多、时效急、难度大的要求，对分流比、戗堤头流速、龙口流速等水文要素做到了随时测验，实时发布。关键词：明渠截流水文监测全球定位测验系统应用1前言在1997年大江截流中，ADCP、GPS等先进的仪器设备已经开始应用于截流水文监测工作中，并取得了良好的测验成果。为大江截流顺利完成提供了大量准确可靠的水文数据。三峡工程导流明渠截流，其截流落差、流量、及

2、施工强度等指标均远高于大江截流，对截流期水文监测也就提出了更高的要求，在分流比、戗堤头流速、加糙区流速、龙口流速等水文要素测验上，不仅要求测验数据准确，而且要求随截流施工进占随时提供各项实时水文信息。为此，我们建立了全球定位测验系统，利用此系统实现了全天候、快速多断面的动态巡测，满足了截流施工决策对实时水文信息的需求。2全球定位测验系统2.1系统组成全球定位测验系统由DGPS导航定位系统、ADCP测验系统及数据处理远传系统组成。其工作原理为利用DGPS实时差分模式准确测定测船及测线位置，配以图1全球定位测验系统框图ADCP走航方式测验断面流量或定点方式测

3、定垂线流速。实现了全天候作业，也克服了传统定位系统不准确，易受天气影响和测验历时长的缺点。2.2DGPS导航定位系统GPS定位具有精度高、速度快、全天候、距离远等特点，满足截流水文监测对导航定位的要求。导航定位系统由GPS基准台、GPS流动台、计算机、电台、显示器、电池及导航软件等组成。明渠截流水文监测区域集中在导流明渠及导流底坝段水域。GPS基准台架设在导流明渠附近的三斗坪水位站，保证基准台信号覆盖整个截流河段。流动台安装于水文监测船上，使用HYPACK导航定位软件将整个截流施工水域形象、分流比断面、戗堤头流速测验位置、龙口流速断面等用CAD技术做成数

4、字导航图。水文监测时，根据监测项目使用DGPS导航系统可准确到达监测部位，完成监测任务。2.3ADCP测验系统ADCP（声学多普勒流速剖面仪）是利用声学多普勒效应的基本原理，用声学换能器作传感器，将探头置于水面下一定深度处，测验水文要素，具有测验历时短、测速范围大、不扰动流场等特点。ADCP的测流原理：该仪器通过按一定规则排列的四个声波换能器，其探头向水体中发射脉冲声波，然后接收来自水体中挟载的浮游生物、泥沙小颗粒等反射体的反射信号，依据反射信号的多普勒频移计算水相对于ADCP的运动速度矢量；利用测底脉冲测量水深及测船相对于地球的速度矢量，取两者矢量差值

5、就是要测量的流速矢量。用航行速度乘以时间可计算出水面宽。有了水深、水面宽和流速，即可计算流量。其流速测验原理如下式：式中：V­­——径向速度（mm/s）；FD­——多普勒频移（NZ）；FS­——­­ADCP声波频率（KHZ）；C­——声速（m/s）。其流量测验原理如下式：式中：Q­——流量；n­——L点法向单位矢量，L为横渡河流路径上任意一点；u­——流量矢量；z­——水深，积分取水面至水底和此岸至彼岸。ADCP测验系统由ADCP、计算机、soNormalstyle=

6、"TEXT-INDENT:60pt;LINE-HEIGHT:150%">表1ADCP主要测量技术指标型号频率(KHZ)测量范围测速(m/s)测深(m)DR300300＜10＜120soNormalstyle="TEXT-ALIGN:center"align=center>300＜10＜2002.4数据处理远传系统数据处理远传系统由数据处理计算机、数传电台、数据处理软件及专用数传软件等组成。数据处理计算机与ADCP测验控制计算机用网线联接组成局域网，便于测验数据的传输及共享。测验断面流量时，可以直接得到流量成果，对流量成果进行合理性检查后即可。而测验垂线流

7、速时，将ADCP测验数据导入数据处理计算机，用WinRivre软件和专用数据计算程序处理为沿垂线水深分布的流速图表。经处理的流速、流量和分流比的资料使用无线数传电台（35W的PacificCrest电台，RADIOTRANS数传软件）传送到水文气象数据处理中心。水文气象数据中心再进行综合性检查确认后，对外公布最后成果。3全球定位测验系统在明渠截流水文监测中的应用.L.编辑。3.1测验项目及布置情况在明渠截流水文监测中，全球定位测验系统主要用于分流比、龙口流速分布、流场和戗堤头流速分布等项目的测验工作。共截流河段布置有3条分流比断面、2条龙口流量断面、10

8、条流速断面和16条流速垂线。见图2。图2三峡工程明渠截流水文监测断面布置图3.2