Đường cong lưu lượng truyền thống cung cấp các kết quả có thể chấp nhận được để sử dụng trong đánh giá cân bằng nước hàng năm, bị chi phối bởi tỉ lệ trung bình thấp, trong khi có thể không phù hợp để đánh giá lưu lượng lũ khi mà mức độ sai số có thể cao tới 30%.

Trên thực tế, với các điều kiện lưu lượng nước cao, các giá trị có thể bị ảnh hưởng lớn bởi hiện tượng vòng lặp đầy đủ, ví dụ với  cùng mực nước, có hai giá trị khác nhau trong trường hợp phép đo được thực hiện trong giai đoạn sóng lũ cao hoặc thấp. CAE phát triển mô hình tính toán tốc độ dòng chảy dựa trên phép đo thời gian thực của cảm biến đo mực nước và tốc độ bề mặt dòng chảy.

Hệ thống giám sát thời gian thực của CAE bao gồm cảm biến đo mực nước siêu âm ULM30 và cảm biến đo tốc độ bề mặt dòng chảy RVM20 dựa trên công nghệ radar, được kết nối với trạm từ xa, cả hai cảm biến đều được thiết kế để hoạt động mà không cần tiếp xúc với nước. Số liệu thu thập được từ các cảm biến được gửi đến trung tâm điều khiển của hệ thống, nơi dữ liệu được xử lý bởi phần mềm chuyên dụng FLOW và cung cấp kết quả cho người sử dụng để hiển thị thời gian thực và phân tích chuyên sâu thêm.

Việc sử dụng các cảm biến không tiếp xúc nước đã làm cho hệ thống của CAE lắp đặt dễ, bảo trì, ngay cả với bản nâng cấp của trạm thủy văn hiện có, loại bỏ được nguy cơ hư hỏng do chất rắn lơ lửng và trầm tích trong lòng sông gây nên.

MÔ HÌNH THỜI GIAN THỰC TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG NƯỚC

Mô hình tính toán thời gian thực lưu lượng do CAE phát triển dựa trên kiến thức về hình thái đo lường độ sâu của mặt cắt tham chiếu và phép đo trực tiếp mực nước và tốc độ bề mặt nước tại điểm đo. Ở giai đoạn đầu triển khai hệ thống, một chiến dịch đo lường mặt cắt đầy đủ được tiến hành và cuối cùng được báo cáo trong phần mềm FLOW. Phần mềm này, tùy thuộc vào mực nước và mức tuyệt đối có thể chỉnh sửa của lòng sông, sẽ tự động tính toán diện tích ướt của mặt cắt ở mỗi thời hạn đã định.

Mô hình tính toán lưu lượng, sau khi hiệu chỉnh ban đầu các thông số cụ thể của vị trí,  có thể ước tính tốc độ trung bình của dòng chảy thông qua toàn mặt cắt đo. Ước tính này dựa trên sự phù hợp giữa tốc độ của bề mặt tại một phần cụ thể của mặt cắt và mực nước ở cùng một vị trí. Những dữ liệu này, kết với quan sát khu vực ẩm ướt, tạo ra phép đo thời gian thực của lưu lượng tại vị trí lắp đặt.

Việc hiệu chuẩn được thực hiện 1 lần tại thời điểm lắp đặt,  và chỉ cần lặp lại khi có những thay đổi đáng kể về hình dạng mặt cắt. Điều này bao gồm một số công tác đo lưu lượng nước trực tiếp thủ công, được thực hiện ở các chế độ thủy lực khác nhau dọc theo khúc sông đã chọn. Ngoài ra, một số khảo sát độ sâu nhất định phải được thực hiện ở thượng lưu và hạ lưu của cùng mặt cắt. Thêm vào đó, khi biết hình dạng của mặt cắt đã đo, mô hình có thể được hiệu chuẩn bằng cách sử dụng một đường cong lưu lượng hợp lệ, nếu đại diện cho các điều kiện dòng chảy trung bình.

SƠ ĐỒ LOGIC CỦA MÔ HÌNH

Sau khi được hiệu chỉnh, mô hình có thể:

• Đo lưu lượng nước thời gian thực với độ chính xác cao;
• Nhận biết vòng lặp đầy đủ;
• Sử dụng phép đo tốc độ nước làm tiền đề của đỉnh lũ;
• Phát hiện những thay đổi đáng kể về hình dạng của mặt cắt sông;
• Kéo dài hiệu lực của mô hình so với thang truyền thống của dòng chảy ra, nhờ việc có thể chỉnh sửa mặt cắt tham chiếu;
• Đo lường lưu lượng nước thích hợp bất kể sự chuyển dịch của bùn cát dưới đáy sông;
• Cung cấp thông tin chẩn đoán về chất lượng của các phép đo.

Tất cả những ưu điểm này,  cũng với việc lắp đặt dễ dàng và giảm yêu cầu đối với công tác bảo trì (do không tiếp xúc với nước) làm cho hệ thống đo lưu lượng của CAE trở thành công cụ đáng tin cậy và chính xác trong việc quan trắc lưu lượng nước, đặc biệt trong thời gian lũ.

CẢM BIẾN ĐO MỰC NƯỚC SIÊU ÂM ULM30

Cảm biến đo mực nước siêu âm là cảm biến điện tử hoàn toàn, được CAE thiết lế đo sự tăng hoặc giảm mực nước trong dòng chảy, sông ngòi hay bất kỳ lưu vực nào.

U L M 3 0 bao gồm một đầu dò siêu âm thế hệ mới nhất, thích hợp cho cả việc truyền và  phát sóng. Phép đo diễn ra với sự phát ra một loạt các xung siêu âm và phân tích phản hồi nhận được sau đó. Với dữ liệu này, cảm biến sau khi được bù thích hợp theo nhiệt độ không khí từ cảm biến nhiệt độ tích hợp cùng, cung cấp dữ liệu khoảng cách từ bề mặt mục tiêu.

Thời điểm này một thước đo về sự tăng hoặc giảm của mực nước bên dưới được cung cấp. Phần mềm quản lý xóa tín hiệu bù cho sự nhiễu loạn của bề mặt nước và nhiệt độ thay đổi theo thời gian truyền siêu âm.

CẢM BIẾN ĐO TỐC ĐỘ BỀ MẶT RVM20

Cảm biến đo tốc độ bề mặt công nghệ radar RVM20 được thiết kế để đo không tiếp xúc nước tốc độ trung bình của một vùng nước mặt bằng cách khai thác nguyên lý Doppler. Cảm biến phân tích và so sánh sự chênh lệch giữa tần số bức xạ được phát ra và bức xạ phản xạ lại, xác định tốc độ trung bình của dòng chảy trong chùm tia đo hình nón.

Các điều kiện lắp đặt tối ưu yêu cầu mặt cắt ổn định không có đoạn tuyến cong đáng kể trong vùng phụ cận. Cũng nên tránh các chướng ngại vật có thể xảy ra trên mặt nước trong khu vực đo, chẳng hạn như đá, bước nhảy thủy lực hoặc các vật cản khác.

Chiều rộng của khu vực đo thay đổi theo khoảng cách từ mặt nước và độ nghiêng của nó.  Sau đó được tính toán tự động nhờ một cảm biến độ nghiêng được tích hợp trong cảm biến.

PHẦN MỀM FLOW

FLOW là phần mềm mới của CAE, dành riêng cho việc tính toán lưu lượng nước thời gian thực. Ngoài tất cả các giá trị đường cong lưu lượng truyền thống, phần mềm tích hợp khả năng chỉnh sửa hình dạng mặt cắt sông và phép đo, cũng như thuật toán để tính lưu lượng nước phụ thuộc tốc độ bề mặt nước. Phần mềm FLOW nhận dữ liệu mực nước và tốc độ nước bề mặt như đầu vào từ các cảm biến tại trạm, trả lại giá trị lưu lượng theo thời gian thực như là dữ liệu đầu ra.

Phần mềm FLOW đi kèm với giao diện người dùng trực quan, cho phép người sử dụng thêm hoặc sửa các phép đo hình học của mặt cắt mục tiêu và gán hệ số độ nhám riêng cho mỗi khu vực.

Việc cấu hình vị trí cụ thể sẽ được hoàn tất bằng khả năng thiết lập mức 0 và kết quả các quy trình hiệu chuẩn được thực hiện trước khi kích hoạt hệ thống. Tất cả các thông số có trong phần mềm đều có thể chỉnh sửa bất cứ khi nào, cho phép điều chỉnh lại mô hình theo hời gian và khả năng thích ứng với các biến thể  không đáng kể do sự can thiệp của con người hoặc do tác động của lũ đối với mặt cắt sông.