水位計性能在西泉眼灌區(qū)中的應(yīng)用的比選

宋天輝，楊德生

(黑龍江省水利四處工程有限責(zé)任公司，黑龍江牡丹江157000)

西泉眼灌區(qū)位于阿什河兩岸的河灘地與高漫灘地。其行政區(qū)劃包括哈爾濱市、阿城市和五常市，灌區(qū)總土地面積2.74萬hm2，現(xiàn)有耕地面積2.37萬hm2，設(shè)計水田面積2.05萬hm2。灌區(qū)內(nèi)共有干渠12條，總長143.63 km;支渠142條，總長151.82 km;排水溝道147條，總長302.4 km;渠系建筑物333座。灌區(qū)于2008年進(jìn)行水價改革，水費計價方式由年畝收費改為以支渠進(jìn)水口計量實際用水量計收水費，灌區(qū)在量測水中應(yīng)用了水位觀測設(shè)備。

1 水位觀測設(shè)備分類

水位觀測設(shè)備一般分為直接觀測設(shè)備和間接觀測設(shè)備兩大類。能夠直接反映水位數(shù)值的觀測設(shè)備叫直接觀測設(shè)備，即各類水尺;借助機械、電子、聲學(xué)等物理裝置測記水位和水位過程的設(shè)備叫做水位的間接觀測設(shè)備，通常指各種類型的自記水位計。主要有浮子水位計和壓力式水位計，而超聲波水位計多以明渠流量計的形式出現(xiàn)，他們各有自己的特點，使用者可根據(jù)自己的條件，參照各種水位計的性能、技術(shù)指標(biāo)、投資大小和效益，認(rèn)真選用。

2 浮子式水位計

浮子式水位計利用浮子跟蹤水位升降，以機械方式直接傳動記錄。用浮子式水位計需有測井設(shè)備(包括進(jìn)水管)，適合岸坡穩(wěn)定、沖淤不大的低含沙渠段。

2.1 安 裝

浮子式水位計必須安裝在水位測井內(nèi).水位測井可以由任何堅固耐久材料建成，形狀也沒有特殊要求。但要求:井內(nèi)截面積足夠大，放人的平衡錘和浮子離井壁有一定距離，側(cè)井外形不會對水流產(chǎn)生較大影響;井內(nèi)水位要和河流水位基本一致;水位井的高度和底部高程要能適應(yīng)所測的最高最低水位。具體要求可參閱水文測驗規(guī)范。水位井上有一安裝水位計的工作平臺，供水位計安裝用。水位臺上安裝水位計的站房或儀器室應(yīng)保持通風(fēng)、盡量干燥，要有防蟲、防塵、防鼠的設(shè)施。

2.2 使用維護

浮子式遙測水位計被設(shè)計成能長期工作，工作中不需要特別維護。如果帶有記錄裝置，需要定期收集記錄的數(shù)據(jù).平時應(yīng)用只需注意水位誤差是否明顯，并及時進(jìn)行水位校正。經(jīng)過較長時間的運行后，進(jìn)行1次拆洗檢查是必要的。

2.3 檢 定

室內(nèi)檢定在專用的水位測試設(shè)備上進(jìn)行。使用一個可控水位變幅較大的(如10 m)水位試驗臺。其水位準(zhǔn)確度為±3 mm/10m變幅。將被測水位計安裝在此水位試驗臺上，在不同水位處，將被測水位計測得水位和水位試驗臺測得的標(biāo)準(zhǔn)水位值進(jìn)行比較，從而檢定被測儀器的水位準(zhǔn)確度。

3 壓力式水位計

壓力式水位計根據(jù)壓力與水深成正比關(guān)系的靜水壓力原理，運用壓敏元件作傳感器的水位計。當(dāng)傳感器固定在水下某一測點時，該測點以上水柱壓力高度加上該點高程，即可間接地測出水位。該儀器適用于不便建測井的地區(qū)。對于環(huán)境的適應(yīng)性要比超聲波水位計強。

3.1 使用模式

1)單獨使用

在單個或多個測點安裝自記式水位計，實時記錄水位變化過程。儀器記錄的數(shù)據(jù)可利用計算機的RS—232串行通訊端口傳送到計算機進(jìn)行處理。

2)與便攜式IC卡讀寫設(shè)備組合使用

利用便攜式IC卡讀寫設(shè)備讀卡儀和IC卡寫入器，可方便地在現(xiàn)場用IC卡寫入器將自記式水位計中記錄的數(shù)據(jù)存儲到IC卡中，回到辦公室后在利用讀卡儀將IC卡中的數(shù)據(jù)讀入計算機中進(jìn)行處理。

3)與無線或有線傳輸設(shè)備組建實時監(jiān)測系統(tǒng)

在單個或多個測點安裝WR－2000自記式水位計，結(jié)合調(diào)制解調(diào)器、電臺或電話、蓄電池、太陽能板或交流電源等，實時記錄水位變化過程。

3.2 水位計的布設(shè)

1)建立以干渠為主，以各支渠為輔，逐步在所有取水口(以可為某一用水戶單獨計量水量及各斗渠為準(zhǔn))安裝自記式水位記錄設(shè)備，以保證分段為某一用水戶單獨供水時，準(zhǔn)確計量的需求。

2)逐步在所有重要的控制性渠道、節(jié)制閘，包括干渠渠首，干、支渠上的交叉建筑物、退水閘、節(jié)制閘安裝水位觀測設(shè)備，以實現(xiàn)對灌區(qū)水情、工情等數(shù)據(jù)的及時采集，同時以公共電話交換網(wǎng)、微波、GSM、IC卡將實時水位或閘位等信息傳送到中心控制室。

4 超聲波式水位計

超聲波式水位計是一款非接觸式的水位測量儀。通過往水面發(fā)射超聲波，接收水面反射波，測量到水面的距離，測量中不與水面接觸、不受渾水、污泥、水生植物等因素的影響。并且安裝工作量小，只需安裝一個懸臂。

4.1 安 裝

超聲波水位計的安裝包括傳感器、電纜和控制部分三個部件的安裝。電纜和控制部分的安裝與壓阻式壓力水位計類似，氣介式超聲水位計有可能是一個整體，安裝時主要應(yīng)符合傳感器的安裝要求。

液介式超聲水位計的傳感器要安裝在水下。傳感器安裝在地腳螺絲上，或者用專用夾具固定安裝在安裝樁上。傳感器的發(fā)射接收面必須保證水平，傾斜度不能超過規(guī)定(一般規(guī)定是3°～5°)。發(fā)射接收面低于最低水位的距離應(yīng)該大于儀器的盲區(qū)(一般是0.5 m左右)。

氣介式超聲水位計的安裝地點應(yīng)選擇在最低水位時仍有一定水深的水面上方。傳感器的發(fā)射接收面高出最高水位的距離應(yīng)大于儀器的盲區(qū)。發(fā)射接收面同樣必須保證穩(wěn)定的水平，允許傾斜的程度要符合儀器的要求。

超聲換能器發(fā)射的聲波束會有一定的散射角度，稱為波束角。波束角可能在2°～10°范圍內(nèi)變化，由工作頻度和換能器性能而定。要從產(chǎn)品說明上了解波束角的數(shù)值。安裝時，要保證換能器發(fā)射方向上此波束角范圍內(nèi)的圓錐空間內(nèi)沒有任何阻擋反射體。

4.2 使用維護

超聲波水位計的準(zhǔn)確度影響因素也較多，而且溫度影響很嚴(yán)重。雖然肯定有自動修正功能，但水位誤差仍然會比較大。所以在使用中定期校核水位是很需要的。

水下的換能器發(fā)射面向上，易被沉積物覆蓋。氣介式的儀器裝在高架上，它們還會受水草、水生物、鳥類、昆蟲的遮蓋、附著、筑巢影響。冬季的冰霜附著會嚴(yán)重影響氣介式超聲水位計的工作。針對這些問題，使用中要多檢查維護。

4.3 檢 定

室內(nèi)檢定使用專用的設(shè)備。液介式超聲水位計可以應(yīng)用尺寸較大的水位臺進(jìn)行檢定，也可以在長水槽中水平測量距楷壁的距離作為水位數(shù)值，將儀器測得值與此正確的水位值或距離值進(jìn)行比較。氣介式超聲水位計可以安裝在較大的水位臺上進(jìn)行測試，還可以將儀器安裝在能自動升降并給出準(zhǔn)確高度的測試設(shè)備上，向下方的靜止水面上發(fā)射超聲波，測量“水位”。將測得“水位”與實際離水面距離進(jìn)行比較，從而檢測此水位計。

5 綜述

目前，西泉眼灌區(qū)主要采用由國家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心研制開發(fā)生產(chǎn)的WR—2000系列壓力式水位計，可與灌區(qū)普遍采用的數(shù)字傳感器和模擬傳感器進(jìn)行連接，并滿足以上設(shè)計要素，該設(shè)備具有通過調(diào)整存儲周期可記錄水位變化全過程、可以提供較大的存儲容量、水位計采用微功耗設(shè)計和休眠技術(shù)、可采取多種數(shù)據(jù)提取及傳輸方式等特點，能滿足灌區(qū)發(fā)展的要求。

［1］謝崇寶，黃斌.灌區(qū)水位測量記錄設(shè)備及安裝技術(shù).中國水利，2003(3):64－66.

［2］田建文，任勤.淺談水情自動化遙測系統(tǒng)在中衛(wèi)灌區(qū)的應(yīng)用.灌區(qū)建設(shè)與管理，2002(4):25－26.

［3］彭立清，彭玉元.韶山灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用效果介紹.灌區(qū)建設(shè)與管理，2001(3):21－25.