應用案例｜聲學多普勒流速測量儀

應用案例｜聲學多普勒流速測量儀

現狀

馬來西亞雨水管理和公路隧道（"SMART"）項目的規模宏大--隧道長度為12公里，直徑為11.8米，可收集多達400萬立方米的洪水--這是一個艱巨而偉大的項目。這條隧道的設計概念極富創意，讓人嘆服，可以在旱季通過地下隧道疏導吉隆坡擁擠的交通，并在洪災期間將雨水安全地分流到市中心地下。

同時，支持這項大規模隧道和大型集水盆地的系統也同樣令人驚嘆，它被稱為SMART工程的智能系統。這是一個由洪水檢測設備和自動化管理機械組成的網絡，與監控數據采集和控制 (SCADA)“大腦"連接，利用其收集的信息自動啟動洪水管理閘門和水泵。

技術

由系統集成商Greenspan Technology Pty Ltd，設計的洪水檢測和自動化管理系 統通過28個遠程監測站來指導項目沿線31個閘門、7個大型水泵和4個獨立發電裝置（發電機組）的決策。

三級系統

Greenspan公司駐新加坡的國際經理Bruce Sproule解釋，SMART項目設計為分三個階段運作，以防止類似2007年那樣的洪水對城市造成嚴重破壞。

為了確保高質量的數據流，Sproule的團隊在項目總監Mark Wolf和項目經理Marc Schmidt的帶領下，布置了一個由22個雨量計、50個與氣泡系統相連的壓力傳感器和16個SonTek Argonaut聲學多普勒測流組成的陣列。

Greenspan公司的控制中心運營小組在Mark Van Elswyk的帶領下，維護著由高頻電臺、GSM、光纖信號和微波傳輸組成的通信系統，以保持傳感站點和SCADA系統之間的持續通信。

通過以太網連接的Argonauts每分鐘報告一次數據；通過高速VHF連接的Argonauts每5至10分鐘廣播一次。SCADA工程師Jarrah Watson、Nick Hitchins和Peter Johnson保持控制/采集系統精細地調整。

河流、暫存池和隧道的數據與Greenspan公司的時間序列數據庫中的降雨信息相結合，然后通過該公司的預測模型進行傳輸。結果驅動自動閘門，控制進入SMART集水井和隧道的流量，并在下游水量可以積累到排放水平時，啟動大型水泵，對隧道進行排水。

這是更準確的信息，Sproule說。如果受到潮汐影響或回水影響，可能會出現滯后現象，水深得來的流量數據是不準確的。

Sproule說，當水位上升并且下游潮汐對吉隆坡洪水的影響越來越大時，預警模型就會從氣體吹掃壓力傳感器的讀數切換到聲學多普勒測流儀的數據，以跟蹤流量情況。

他解釋說，下游潮汐效應會產生滯后現象，從而減緩了洪水對來自上游力量帶來的通常變化。關鍵是要追蹤河流中到底發生了什么，而不是依賴于基于無障礙重力驅動條件的簡單數學估計，這點非常重要。

“這是更準確的信息，"Sproule說。“如果受到潮汐影響或回水影響， 水深換算的流量可能會出現滯后現象，而且數據不準確。"他補充說，Greenspan公司開發了自己的流速率定軟件，以確保流量的準確計算。

專有流量算法非常適合在灌溉渠道、天然河流和管道中收集數據。

該儀器采用SonTek的SmartPulseHD自適應采樣。

使用垂直聲束和壓力進行水位自動校準。

精心布置

Sproule指出，在隧道內部和周圍，SonTek Argonaut SL（側視）測流儀布置在精心確定的高度，以便為高流量情況做好準備。兩個Argonaut SW（淺水）測流儀測量下游排放點的雙箱涵的流量和流速，為流量模型提供信息。即使洪水沒有來臨，信息流也提供了有價值的洞察力。Sproule指出，事實上，來自SW的數據顯示，在洪水事件發生后，發現在其潛水面中儲存了驚人數量的水，并在比Greenspan模型最初假設的更長的時間內才可以釋放了這些水。

Sproule說，Greenspan團隊還包括水文測量技術員BenNoble Clem Williams和Faizal Yusoff，他們認為SonTek Argonauts是SMART項目的必然選擇。他解釋說：“我們曾考慮過雷達/聲納，但價格非常昂貴，而且我們有很多使用SonTek設備的經驗。"“在這個項目中，這是最準確的方法。我們在新加坡有一個八人的雨水監測小組，使用SonTek的設備已經14個月了，所以我們知道它能做什么，不能做什么。"

服務支持很好，設備也很可靠。他補充道。儀器很可靠，一旦出現問題，公司會迅速做出響應。

對于像SMART這樣大規模的項目，快速響應至關重要。在2007年9月的一次系統測試中，該系統提前30分鐘準確預測到了河流水位會上升，成功分流50萬立方米水。

隨著車流穿過巨大的隧道，無聲的傳感器網絡向Greenspan公司的SCADA系統報告時，Sproule對SMART項目進行了反思。“這是Greenspan公司設計過的最復雜的系統，"他指出，該系統平穩運行和保護吉隆坡11.8米高的隧道一樣，是一個令人驚嘆的奇跡。