——安康水文站智能化缆道发展侧记
安康水文站始建于1934年,位于陕西省安康市汉滨区吉河镇观新村。每年5月至10月是安康汉江流域主汛期,历年来沿江两岸人民一直在与夏日暴雨和秋淋雨季引起的洪水做着顽强的斗争。在这期间,总能看见一群水文人忙碌的身影,他们迎风踏雨、把脉江河,见证河水消涨、预测水势变化,他们担负着当地防汛减灾“哨兵”的重任,洪峰监测、洪水分析以及预报信息发布一样都不能少,保障沿岸人民生命财产安全,用汗水和坚持守护一方安宁。
江河水量的大小,主要体现在水位和流量的变化,而流量又是反应水量变化大小的重要参数,水文缆道作为流量监测设备的载体,在水文测验悠久的历史中发挥着重要的作用。随着现代科学技术的发展进步,测流方式和水文测验设施不断更新改造、完善,一大批先进仪器设备应运而生。安康水文站测流手段的日新月异及智能化缆道的良好应用就是最好体现。
一、艰苦奋斗的岁月中,老一辈水文人栉风沐雨
安康水文站在解放后测流主要方式是船测。用无动力双舟船测流,船工要在船上用手摇绞车抛锚定位测水深、流速、角度。那时,一次测流有11—13条垂线,需要至少4人配合、耗时2个小时,耗时长、风险高、效率低,如果遇上连续涨落水,吃住就都在船上。虽然经济的落后限制了水文的发展,但前辈们用传统的方式,在艰苦的岁月里依然积累了宝贵的水文资料。
1974年由陕西水文总站(现陕西省水文水资源勘测中心)带领团队在安康水文站旧址(现西关小学隔壁)架上22米钢塔和过河缆索,有了安康水文站缆道的雏形,用滑轮吊着船、靠船舵调整方向开展测流,在当时,极大的提高了流量测验的准确性。
80年代初安康水文站先后建造和购买了小木船、双舟木船、双舟铁船等,测流取沙更加便捷,时间大大缩短。但在1980年5月30日,现安康水文站党支部书记陈胜军的哥哥陈胜明在水文测船上检修测验设备时,不幸溺水牺牲,年仅25岁;1983年7月31日,安康地区发生史上最大洪水,洪水淹没主城区,无数人失去生命和家园,安康城一片废墟。这桩桩件件意外事故的发生,在陈胜军的心里种下了一颗建造安全缆道、改变传统测流方式的种子。
二、解放思想的年代里,面对飓风无畏挑战
安康水文站于1989年搬迁到现址,新建钢塔、地锚、主索,测验方式依然是传统的船测。计划在1990年新建缆道,电机等配件已购买齐全,但因经济发展落后,无法一次性投入过多资金,就此搁置。2005年,安康水文站又一次提出建设缆道的构想,安康水文局(现安康水文水资源勘测中心)高度重视安康水文站缆道改造,多次召开现场工作会,研究落实改造经费,细化改造实施方案。通过前期考察、评审、设计,于2005年由陕西省水文水资源勘测局(现陕西省水文水资源勘测中心)工程技术公司承建,在原地锚、塔架的基础上更换主索,新修钢塔。实践证明,新缆道的投产使用,提高工作效率,减轻劳动强度,保证人身安全,提高了测洪能力,具有明显的社会效益和经济效益。但受技术和设备条件及大跨度缆道使用经验不足的限制,仍有较多缺陷待完善,如导向滑轮的走向复杂、钢丝绳掉道脱轨、滑轮和绞车磨损严重等安全隐患。缆道测流系统仍然需要不断完善、发展、提高。
2005年7月,刚改造完毕的缆道迎来一场大水考验。7月18日当时水位高、流速大、涨水快、漂浮物多,测流时铅鱼卡在河里,漂浮物越挂越多。安康中心闻讯赶到现场,组建9人抢修队乘船抢修,不足30吨的无动力缆道吊船,只能靠水流冲击船舵改变水流方向,在断面上左右滑行,由于流速过大,船不受控制卡到了起重索,吊船索来回摆动,船身开始倾斜。眼看着船马上要翻了,大家都做好了跳船的最坏打算,危情将至,只见安康中心副局长邹建华一边喊“让开!让开!”,一边拿着安全斧对着卡在船左侧的缆索猛砍。吊船钢丝在上下剧烈抖动中瞬间断裂,测船就像离弦的弓箭一样被水流冲走,幸运的是当时河道上船只很多,察觉到危险后5、6艘船自发前来救援,大家脱险了。假如那一斧头没有砍断钢丝绳,后果不堪设想,真是一斧救九命。
经历了此次安全事故后,安康水文站缆道测验安全问题更加受到重视,建造缆道的工程公司负责人再次到站改良更新缆道系统。
三、探索的时光中,改造在摸着石头过河
2010年因导向滑轮磨损较大、缆道附属设施陈旧老化、经常罢工,影响工作效率,亟需升级改造。但由于缆道系统的改造在全省都没有经验可借鉴,最后邀请到有缆道建造经验的长江委汉江局,由总工程师郎利民带队,再一次升级改造安康水文站缆道。
这次改造挖了沟槽把游绳放置在内,更改了游绳绕线的方式,解决了滑轮反复导向的缺陷,但信号、起点距问题仍未有效解决,信号、计数等系统时常出故障,不能保证大洪水正常测报工作。最后只能把音响器挂在流速仪上,测流时在岸上用高倍望远镜观看,灯一闪记一个,用这种方法将就了几年。
水文缆道技术改造应在总结经验的基础上,把可靠性放在首位。经验证明,水文缆道能否正常投产使用,取决于设备的稳定性和可靠性,特别是水下仪器和水下信号的传输,因此更新的设备力求结构简单、稳定可靠、操作方便、精度高的要求。缆道在2010年改造后仍不能满足测验要求,安康中心多次将此问题汇报给省中心,但由于建设经验有限,一直不能彻底解决,成了无法突破的僵局。
2010年,时任省局局长杨汉明提出,能不能想办法在铅鱼上安装ADCP。于是安康站和相关技术公司研究设计,在不锈钢架子上面挂上一个桶,将发射器放里面。改装完毕后大家怀着忐忑的心情开展测流实验,实验很成功。后来有了三体船搭载ADCP,测流效果更好了。
实验的成果为测流系统的改造指明道路。2014年安康水文站和技术公司改良铅鱼,一次次修改设计图,盯好每一个细节,尽最大努力做到尽善尽美,终于设计出兼具美观与实用的铅鱼。该铅鱼自身重量大,在铅鱼中间开一个适合ADCP的凹槽,将铅鱼与ADCP完美融合,抛弃了时常发生丢波现象的三体船搭载ADCP的测流方式。
铅鱼加装ADCP的测流方法在安康水文站经过一年的实验研究,有较好的操作性,测验精度高、大洪水多普勒测流系统不会因涨落水风波浪对探头入水的影响。安康水文站上游18公里是火石岩电站,受电站开关闸水位涨落变化快,传统测流形式不能满足水位涨落变幅,铅鱼加装ADCP的方式在测验的过程中有较好的稳定性,为抢测洪峰提供了保证,同时也为安康水文站提高水文测验质量和精度提供技术支撑,提高工作效率,减轻运行成本。但经过改造还是没法控制升降高度,需依靠人工调整,受技术条件限制,流速信号、水深信号也不太理想。
四、新时代的发展下,创新迎来新的突破
水文缆道绞车驱动系统主要分为电动和人工两种。安康水文站缆道跨度大(489米),铅鱼重(530公斤),主索垂度大,对驱动和承载系统要求高,且没有成熟经验和现成设备可用。从2005年安康水文站新建缆道到2010年缆道改造,水文绞车一直是影响缆道正常运转的瓶颈。
为解决这个技术难题,安康水文站与技术公司在2015年共同研发了数字化智能绞车系统。通过三年的实验研究解决了诸多技术难题。经过一年多的试运行,技术先进、运行可靠、操作简便、故障率低的智能缆道系统雏形初现。
2017年,受旬阳电站回水影响测流环境,赔偿安康水文站资金200多万。有资金后该站重新设计缆道系统,更换绞车,更新控制系统、操作台、信号系统。首创了在水文绞车上使用伺服电机,通过PLC编程电脑和绞车有效结合,实现自动控制与人工控制,运行状态一目了然,提高运行速度和安全操作,铅鱼运行更加平稳。同时伺服电机还具备对位置、速度控制精准,能精确控制起点距及水深,启动扭矩大,调速范围宽,瞬间功率大等优点,是水文缆道最佳的动力装置。
改造试用后,结合实际工作经验,更新了自动走航、自动测流等功能,改造缆道驱动设备自动控制铅鱼入水深度,使铅鱼自动水面运行满足ADCP走航式测流,使新仪器最大限度地提高利用率,具备可操作性,同时提升了测量精度和减轻工作效率。在2018年1月正式改造完成并交付使用。
安康水文站缆道自交付使用以来,迎接了2019年、2021年多次洪水的考验,尤其是2021年,8次洪峰,实测最大流量16100立方米每秒,全力当好防汛抗旱的 “耳目”“ 尖兵”,为下游城区安全发挥水文技术支撑。
2022年,安康水文站职工在原有基础上加装了太阳能信号供电系统,解决了该系统信号供电问题。缆道改造完成后,先后有水利部部长李国英、省水利厅相关领导前来参观考察,对智能缆道测流系统提出高度赞誉,其中时任长江委水文局局长王竣表示:“安康水文站缆道技术世界领先!”领导的褒奖既是对安康水文站缆道系统的肯定,也是鼓励大家为新时代水文发展做出更大贡献。
安康水文站智能缆道经过3年的不断设计、更新、优化、测试,结合现代科学技术,实现了测流采集、传输、储存、计算自动化,其通用性、实用性、可靠性取得重大突破,获得数字化水文绞车、自动化缆道控制系统等4项实用新型专利,广受业内好评,为水文测验缆道功能提升开创了先河。
路漫漫其修远兮,水文事业的发展从来都不是一帆风顺,总在曲折中追随着时代发展而前进,这一条结实的缆索横跨汉江,它承载的不仅是各种先进仪器设备,更承载了一代代陕西水文人追求新时代水文发展的期望。未来安康水文人会继续贯彻新发展理念,加快测站水文现代化建设,让水文设备应用更加智能化,为安康城区防洪减灾和经济社会发展作出更大贡献,在新时代水文发展中继续乘风破浪,勇毅前行!