新仪器、新设备在深圳水文测验项目中的应用

常鲁宁，彭艳华，黄慧科

（长江中游水文水资源勘测局，武汉 430012）

1 前 言

为了完善深圳河水文资料的系统性和连续性，全面提高对深圳河及深圳湾水沙特性的认识，深圳市治理深圳河办公室开展了治理深圳河定期连续水文测验及分析工作。长江水利委员会水文局于2005年通过竞标取得了深圳河定期连续水文测验及分析任务的项目，并在其后承接了多项其他测验项目。在项目部成立伊始，就确立了采用新仪器新设备与传统仪器相结合的思路，投入了大量资金调配购置了相应的新仪器新设备。

深圳河定期连续水文测验及分析任务的主要目的是为深圳河未来研究、设计及运行管理积累雨量、潮位、流量、泥沙等水文资料，以满足未来工作的需要，为治理深圳河第四期工程的数学模型计算、验证及方案研究及设计提供所需的流速、流向、泥沙与水质参数等资料。

深圳河流域属南亚热带季风海洋性气候，雨量丰沛而集中。4～10月份为汛期，其中4～6月份为前汛期，7～9月份为后汛期。主要受灾害性台风及热带低压槽影响，常伴有暴雨和暴风潮，加之城市化面积逐渐增加，使其具有产流快、汇流时间短的特点。风暴潮也会使深圳湾潮位抬高，导致深圳河河水宣泄不畅，特别是台风来袭可使两岸发生洪涝灾害。

深圳河水文测验项目部承担3个潮流站，2个潮位站，6个径流站的测验工作。其中有一个感潮径流站，潮流站需每月完成7个全潮测验工作。

2 新仪器新设备在水文测验项目中的应用情况

深圳河水文测验项目部直接投入日常运行的新仪器新设备共有48台套，它们分别是走航式ADCP；WinH-ADCP（水平式）；GPS；OBS-3A＋CTD；LISST-100X激光粒度分析仪；激光粒度分布仪；SBY1-1压力式波浪仪；激光测距仪；全站仪；STALKER ProⅡ SVR电波流速仪；（ZSX-3）型流速流向仪；水位、水温、降水固态存储自记仪等。

ADCP是上世纪九十年代引进的水体流量测验的新仪器，该仪器优于传统的流量测量方法，且具有能够测量不同水层的三维流速和水深及流向等，测量快速高效、不干扰水体、极少受天气影响，提高了流量测量的精度和时效性，大大降低了工作人员的劳动强度，极大提高了劳动生产效率。深圳河水文测验项目部潮流站采用走航式ADCP验证代表潮，WinH-ADCP（水平式）声学多普勒流速仪代表垂线法在线实时监测采集流速、水深、流向等参数，每隔10min采集一个剖面流速数据，通过代表垂线流速推求全断面平均流速。要求每月完成7个全潮测验工作，每个全潮测验要根据潮位持续的时间连续工作30h以下，每1h要施测1次潮流量，若用传统的机械式流速仪测流，则工作人员的劳动强度将非常巨大，并且因为落憩、涨急、涨憩、落急的持续时间较短，潮位或者流量变化大而测流时间跨度长影响测量精度。现在采用ADCP动船法施测1次潮流量仅仅只需10min即可完成，配合WinH-ADCP（水平式）全时段监测，因此ADCP不失为全潮测验的很好选择。

OBS-3A浊度仪最主要的优点就是操作简单，能够快速、实时、连续测量，且基本不受天气条件的制约。该仪器通过发射红外线，接收红外辐射光学后向散射量监测悬浮物质，并将取得的信息保存在存储器当中，通过计算机专用软件可以对浊度仪进行工作参数设置，数据输出处理等控制仪器测量。测量范围：浊度：0～4 000 NTU；泥浆：0～5kg／m3，由于仪器收集的资料是浊度值，因此推求悬移质含沙量还必须采集标定水样分析含沙量，通过采集标定水样时刻的悬移质含沙量与采集的浊度值建立相关关系推求悬移质含沙量。深圳河水文测验项目部采用OBS-3A浊度仪进行潮流站的在线实时监测采集浊度值，收集整10min的代表垂线点浊度值，每月采取率定样本推算出点含沙量，建立点含沙量与断面平均含沙量的经验公式，再根据流量过程推算出逐时的输沙率（含沙量）过程。在每个全潮测验中，落憩、涨急、涨憩和落急、落憩、涨急、涨憩和落急时段安排8次悬沙测验（采取水样、施测垂线流速）。当边防区夜间不能作业情况下，每个潮型测验日当中，则分别在落憩、涨急、涨憩和落急时段安排4次悬沙测验。由此也可以反映出高科技含量的新仪器新设备的优越性。

电波流速仪是利用多普勒效应，即电磁波在不同介质表面发生反射，当波源、媒质之间发生相对运动时，引起电磁波频率改变的原理。该仪器采用无接触测流，不受含沙量、漂浮物影响，具有操作安全，测量时间短、速度快、效率高等优点。其测速范围0.20～18（m／s）；施测精度±0.03（m／s）；计时精度0.1（S）；最大测程100（m）。深圳河水文测验项目部径流站所属的布吉河（草铺）站流速最大，其实测最大水面流速是5.4 m／s，小于仪器最大测速18 m／s的要求，平原河口站的水面最宽，为30 m，与断面夹角按60°计算测程距离是50 m，小于仪器最大测程100 m的要求，因此深圳河水文测验项目部所属各站均符合仪器的所有性能要求。深圳河水文测验项目部仅仅8个工作人员，而径流站有6个之多，各站在地理位置上分布较远，在降水产生径流需要测流时，多数时间也同时在测潮，用其他仪器测流则因人员少，流速大等原因而无法开展，并且深圳河流域降水时，汇流迅速、水位暴涨暴落，峰顶持续时间很短，漂浮物多，用其他仪器测流则很不合适。现在当中、高水测流时采用电波流速仪施测流速。

SBY1-1型压力式波浪仪的工作原理是，在一定水深范围内，海面波高的变化引起水压的变化，因此，在某一深度上可以用压力传感器测出其压力的变化，并由压力的变化反推出表面波的变化。该仪器采用德国进口的陶瓷电容压力传感器和316L不锈钢外壳，具有精度高、稳定性好、抗腐蚀、抗磨损和抗冲击性好等优点。其技术指标：波高测量范围：（0～10）m，（0～20）m，波高测量误差：（0.2＋5%测量值）m；标定结果为2cm，波周期测量范围：（3～30）S，波周期测量误差：±0.25S，采样频率：4Hz，采样时间长度：20min。深圳河水文测验项目部于2009年12月到2010年2月在深圳河河口附近布置2台连续含沙量及波浪测量仪，施测时间为期3个月。数据的储存和收集：测量频率为4Hz。每1h整点计录20min期间所测的4Hz全信号，共4 800个数据。这些数据将用于计算波浪的周期、波长及波高。

LISST-100X的基本工作原理基于光散射的Mie氏理论：照射在颗粒上的校直的激光束将其大部分能量散射到特定的角度上，颗粒越小散射角越大，颗粒越大散射角越小。在不同的角度上将散射的结果记录下来，将这些包含粒度分布信息的光信号转换成电信号并传输到电脑中，通过专用软件用Mie衍射理论对这些信号进行处理，就能准确地得到所测试样品的粒度分布。该仪器能较好的测量悬移质颗粒粒径，性能较稳定，技术先进，操作简单，可在野外、室内进行工作。粒度测量范围：1.25～250μm（B型）；2.5～500μm（C型）。

水位、水温、降水固态存储自记仪能实现本地实时水文数据采集和远程传送与监测，具有实时数据显示的功能，是一种高可靠性、低功耗适合野外恶劣工作环境的水文数据采集传输设备。深圳河水文测验项目部所属各站均采用水位、水温、降水固态存储自记仪进行本地实时水文数据采集和远程传送，实现无人值守，大大减轻了工作强度，节省了人力，减少了错误，并且数据传递迅速、快捷，不仅提高了水文资料质量，而且提高了工作效率，有效提高了水文信息采集的现代化程度。深圳河水文测验项目部所属各站水位、水温、降水资料整理均采用固态存储采集数据整理，并编制水位、水温、降水月报。

水文测验仪器设备现代化水平的提高，为水文更好服务社会奠定了物质基础及技术支撑，在深圳河水文测验中，我们充分发挥了新仪器新设备的优势，及时有效地提供了满足合同要求和用户满意的优质成果，取得了良好的经济效益和社会效益。