“小川小川,启动无人船进行水流测量。”
“好的,操作成功。”
随着语音命令,四川省遂宁市船山区桂花水文站的船坞升降机自动降至水面,一艘翠绿色的无人船,装备有声学多普勒流速剖面仪(简称ADCP),宛如游动的鱼儿,悄无声息地从机舱滑入涪江;北斗卫星导航系统则如同天空中悬挂的指南针,为其自动导航。
短短十多分钟内,无人船已对涪江干流约300米宽的断面进行了全面扫描,流速、水下断面等数据实时传输至测控中心的数据库,并经过分析整理,得出了流量、大断面、水面流速系数等结果。
与此同时,空中传来嗡嗡的飞行声,按照既定航线,无人机如同猎鹰般盘旋。它携带的电波流速仪如同锐利的眼睛,精确地捕捉预定垂线的水面流速,并将数据传回测控中心。通过结合无人船测得的大断面和水面流速系数,完成流量分析计算,提升了洪水期间测流的准确性。
“进入盛夏,正值防汛的关键时期‘七下八上’,无人机和无人船等高科技设备的运用,将显著提升预警和抢险的灵活性和效率,使防汛抗洪更加智能化。”遂宁水文水资源勘测中心水文建设室负责人周祥介绍道,当洪水湍急,无人船无法进行作业时,无人机立刻接替任务。在遭遇超标准洪水或恶劣天气时,侧扫雷达可以实时监测水流速度,多传感器在智慧中枢的调度下协同工作,形成了一张立体监测网络。
无人船搭载的ADCP向河底发射声波脉冲,通过回波频率的变化精确绘制流速分布图;无人机配备的电波流速仪和侧扫雷达则通过非接触方式感知水流。它们共同克服了传统测量方法的不足,无需在300米宽的河道上架设缆道,也不需要在低水期和高洪水期人工切换测量模式,将单次测流时间从传统的1至2小时缩短至10至30分钟,将超标准洪水监测的响应速度提高了60%。
“四川省主要河流的中下游河宽通常在几百至上千米,加之梯级电站的建设,河道大多位于库区,流量测报面临挑战。”周祥表示,传统水文站主要依靠缆道进行测流,缆道跨度大,建设和维护成本高,存在一定的作业安全风险。同时,在低枯水期和中高水期,需要人工使用多种设备和不同方法进行监测,单次测流耗时较长。
水文现代化建设需要创新探索和应用新的水文测报技术。2024年9月,遂宁水文水资源勘测中心与船山区水利局共同落实了《水利部关于推进水利工程配套水文设施建设的指导意见》,通过涪江右岸桂花镇堤防工程配套建设了桂花水文站。
桂花水文站创新运用无人船机协同作业模式。由人民网记者王波拍摄的照片显示,该站首次在全国范围内应用了新型无人船与无人机联动全变幅测报技术。这一技术旨在应对百年一遇的洪水标准,配备了ADCP、电波流速仪和侧扫雷达等监测感知设备。无人机和无人船作为跨河作业的工具,根据不同水位级别,通过控制中心的指令自动调整测验方法。此外,水文站还配备了智慧大脑测控中心、船坞升降机和无人机巢等设施,确保无人船和无人机能够自动巡测和充电回收,从而有效解决了不同水位及超标准洪水全变幅全自动测报的难题,实现了“全要素、全量程、全自动、全天候”的无人测报。
遂宁水文水资源勘测中心的相关负责人指出,船机联动全变幅测报技术适用于水深超过0.5米的河道水文监测。该技术通过多设备协同作业和智能化管理,克服了传统测流方式在效率、安全性和全变幅覆盖方面的不足,形成了一种高效、智能、安全的水文监测新模式。这不仅提升了水文监测和管理的效率和科技水平,而且在行业内具有显著的示范作用。据悉,桂花水文站已进行半年的试运行,通过百余次自动测流验证,其可靠性得到确认,数据有效性超过95%。