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突破應(yīng)用瓶頸 精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)泥沙
——黃河水文人自主研發(fā)光電測(cè)沙儀
 
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2023-09-06
 
  □本報(bào)記者 黃峰 通訊員 關(guān)景勻 陳毓瑩
  河水一石,其泥幾斗?
  作為世界上含沙量最大的河流,水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào),是黃河復(fù)雜難治的癥結(jié)所在。市面上常見(jiàn)的測(cè)沙儀均不能滿(mǎn)足黃河實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。
  水利部黃河水利委員會(huì)水文局集合專(zhuān)精水文、通信、軟件、電氣等各個(gè)領(lǐng)域的“精兵強(qiáng)將”,組建起一支10人的核心科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì),集中力量研發(fā)真正適用于黃河的泥沙在線監(jiān)測(cè)儀器。
  新儀器的工作原理不同以往,它利用光強(qiáng)度與含沙量之間的相關(guān)關(guān)系,建立核心算法模型,由此計(jì)算得到含沙量數(shù)據(jù)。
  原理聽(tīng)上去簡(jiǎn)單,實(shí)踐起來(lái)并不容易。
  團(tuán)隊(duì)以黃河泥沙為藍(lán)本,收集了68萬(wàn)組原始數(shù)據(jù),不斷分析驗(yàn)證,進(jìn)行了因子校準(zhǔn)、多點(diǎn)校正、核心算法模型建立、特定波長(zhǎng)光電組件選型測(cè)試等實(shí)驗(yàn)共計(jì)1853次,連續(xù)運(yùn)行2304小時(shí)。
  “我們的測(cè)控方式、核心算法都是一種從無(wú)到有的創(chuàng)新,是奔著全黃河流域都適用、真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)的方向研發(fā)的,這在國(guó)內(nèi)國(guó)外都是獨(dú)家!闭劦窖邪l(fā)歷程,創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)牽頭人、黃委河南水文水資源局高級(jí)工程師牛茂蒼說(shuō)。
  3年時(shí)間,光電測(cè)沙儀終于出爐。
  “我們的光電測(cè)沙儀突破了現(xiàn)有河流泥沙在線測(cè)量的技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)了0~700千克每立方米的超大量程,這個(gè)量程放在全國(guó)乃至全世界的河流都是夠用的!迸Cn說(shuō)。
  2020年汛前準(zhǔn)備期間,光電測(cè)沙儀在小浪底水文站開(kāi)展比測(cè)應(yīng)用。
  “小浪底水文測(cè)驗(yàn)斷面位置特殊,在小浪底水庫(kù)壩下,每年調(diào)水調(diào)沙期間都會(huì)有高含沙水流出現(xiàn),且含沙量變化劇烈,便于檢驗(yàn)校核儀器的精準(zhǔn)度,獲得的數(shù)據(jù)比較有代表性!秉S委河南水文水資源局副局長(zhǎng)孫建民說(shuō),泥沙測(cè)驗(yàn)儀器的自主研發(fā),最初就與實(shí)踐緊密聯(lián)系,為下一步的良好應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
  2020年7月,小浪底水文站對(duì)光電測(cè)沙儀進(jìn)行人工比測(cè),取樣38次,比測(cè)效果良好。2021年,率定取樣38次,經(jīng)分析,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與人工取樣測(cè)沙結(jié)果整體吻合,過(guò)程線基本一致。同年,光電測(cè)沙儀在小浪底水文站正式批復(fù)投產(chǎn)使用,小浪底水文站也成為黃河干流首個(gè)水文全要素在線監(jiān)測(cè)試點(diǎn)站。
  談到光電測(cè)沙儀,小浪底水文站職工如獲至寶!懊6分鐘自動(dòng)傳輸?shù)诫娔X系統(tǒng)內(nèi)的含沙量數(shù)據(jù),完整監(jiān)測(cè)了每一場(chǎng)沙峰的‘起承轉(zhuǎn)合’,大大節(jié)省了人力、物力,更提高了測(cè)驗(yàn)精度!
  小浪底水文站應(yīng)用效果良好,光電測(cè)沙儀短時(shí)間就在河南測(cè)區(qū)其他干流站推廣應(yīng)用,花園口、黑石關(guān)、西霞院……面對(duì)不同的河道情況和水沙特性,研發(fā)團(tuán)隊(duì)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)出軌道安裝、柱體安裝、浮體安裝、固體安裝等多種安裝方式。考慮后期清理維護(hù),儀器還加載了維護(hù)自檢和自動(dòng)清洗功能,定時(shí)進(jìn)行自檢自潔,充分預(yù)設(shè)了在黃河這樣高含沙河流中可能遇到的各種情況。
  “我們還在浮體安裝的儀器上加裝了GPS定位系統(tǒng),如遇特殊情況儀器掉落,可以根據(jù)定位找回減少損失。”牛茂蒼說(shuō)。
  3年來(lái),光電測(cè)沙儀在黃河流域?qū)幟、中游、三門(mén)峽、河南、山東等測(cè)區(qū),以及新疆、遼寧、山西、陜西、廣東等。ㄗ灾螀^(qū))得到廣泛應(yīng)用。
  來(lái)源:中國(guó)水利報(bào) 2023年9月6日
黃峰 關(guān)景勻 陳毓瑩
責(zé)任編輯:陳帥
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