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灌區水位測量記錄設備及安裝技術工學論文
摘要：水位測量施測簡單直觀，易于為廣大用水戶所接受而且便于自動觀測，因而在灌區水量計量乃至在整個灌區信息化建設中都占有十分重要的地位。目前我國灌區中水位監測采用的傳感器依據輸出量的不同主要分為模擬傳感器和數字傳感器，結合灌區的實際需求，由國家節水灌溉北京工程技術研究中心研制開發生產的ＷＲ－２０００系列專利產品，可較好地與此連接，滿足灌區水位測量、記錄等需要。
關鍵詞：信息化水位傳感器安裝
一、概述
灌區量水設備和量水技術是實現計劃用水和控制灌水質量的基本措施，是實行按方收費、促進節約用水的必要工具和手段。灌區量水常用的方法包括：一是利用水工建筑物量水，其特點是較為經濟而且簡便；二是利用特設的量水設備量水，其特點是成果比較精確，但設備費用較高，一般在沒有水工建筑物或現有水工建筑物不能用于量水時，或是要求的量水精度超過水工建筑物所能達到的精度時采用；三是利用流速儀量水，其特點是成果精確，但費用高，施測和計算繁雜，多在無水工建筑物及特設量水設備不可利用的情況下使用，同時對明渠而言還必須輔助水位測量；四是利用浮標量水，其特點是經濟簡單，但精度低，同時也需要輔助水位測量；五是利用水尺量水，一般做法是在斷面穩定均直、沒有回水影響的渠段內設置水位尺，利用水位流量關系測水，或安設經過換算制成的流量尺，直接測讀流量，但精度稍差。從以上灌區量水的基本方法可以看出，水位測量和流速測量是兩個基本要素，其中水位測量由于施測簡單直觀，易于為廣大用水戶所接受而且便于自動觀測，因而在灌區水量計量乃至在整個灌區信息化建設中都占有十分重要的地位。
水位測量主要依靠水位傳感器實現。目前采用的水位傳感器主要有浮子式傳感器、壓力式水位傳感器和超聲波水位傳感器。浮子式水位傳感器因其結構簡單，性能穩定，工作可靠，使用及維修方便而被廣泛使用；壓力式水位傳感器采用擴散型硅壓阻傳感器作為敏感元件，內含溫度補償功能，因此測量精度高，但對泥沙含量大的水流，測量精度會受到影響；超聲波水位傳感器為非接觸式水位測量裝置，不怕淤積、腐蝕，但價格高，精度受氣候、波浪等外界因素的影響，且存在一定的測量盲區。因此在具體工作中，應根據實際需求，考慮測量精度要求、價格承受能力、安裝維護方便、運行可靠安全等多方面因素來綜合選擇。
二、灌區水位測量記錄設備的設計要素
水位傳感器確定之后，應根據實際需求合理選定測量記錄設備。一方面，作為一次儀表的水位傳感器需要二次儀表數據記錄儀的電源支持，同時二次儀表需要對一次測量儀表測量信號進行處理。根據我國灌區特點和現階段經濟發展水平，應根據實際需求并考慮發展趨勢，設計、研制、開發、生產一類實用產品。它應具有以下特點：
1．應提供記錄時間基礎
每當設置的采樣存儲時間間隔到時，微處理器打開傳感器供電電路，測量該時間的水位值，并將水位值及該點對應的時間值存入存儲器中。
2．應提供較大的存儲容量
灌區的實際情況是測量點量大面廣，頻繁提取數據不太現實，而且原始記錄數據希望能夠保存盡可能長的時間，因此初步設計中可以考慮按10ｍｉｎ存儲一條水位記錄，可以存儲某個測流斷面超過1年的水位數據，而且存儲器應在掉電的情況下保證數據不丟失。
3．應采用微功耗和休眠技術
我國灌區大部分測流點位置偏僻，能源供應困難，即便就地采用太陽能供電系統，除投資顯著增加外，日常養護也十分困難，因此首選方案應是采用蓄電池，結合微功耗元器件和休眠技術，一個6Ｖ、4Ａ的蓄電池應連續正常工作2個月左右；同時儀表還應可外接大容量的電池，或采用太陽能電池板充電，或在有條件的地方可以直接使用交流電源，從而滿足不同用戶的需求，保證儀表可以長期工作在野外無電環境下。
4．應提供多種數據提取方式
不同的用水戶在不同的階段對提取數據方式有不同的需求，在滿足水位數據長期按指定間隔記錄外，用戶也可根據實際條件的變化，采用實時方式遠程提取數據。不僅可以直接讀取記錄儀中的水位數據，而且可以通過ＩＣ卡轉儲、普通電話、ＧＳＭ通信、無線超短波電臺等多種方式完成數據的提取。
5．應提供基本參數設置功能
記錄儀的系統時間可人為修正，以保證多臺儀表有共同的時間基礎；采樣存儲時間間隔可人為在二次儀表上設定，以滿足不同用戶對采樣密度的不同要求；同時，其他有關測量水位的量程、傳感器安裝位置校準等也應能夠在二次儀表上直接設定完成。
由國家節水灌溉北京工程技術研究中心研制開發生產的ＷＲ－2000系列專利產品，可與灌區普遍采用的數字傳感器和模擬傳感器進行連接，并滿足以上設計要素，為灌區水位測量、記錄、存儲、傳輸、處理提供技術和設備支撐，同時該設備提供了多種取數方式，用戶可以根據實際需求，選取不同的配件實現不同的通信方式。當然這種設備不僅可以連續記錄渠道水位的動態變化過程，而且同樣適用于灌區地下水位的長期監測。如輔助必要的軟件系統，可完成灌區灌溉管理的用水統計。
三、灌區水位測量記錄設備的土建安裝
對用戶而言，現場安裝首先應考慮一次傳感器和二次記錄設備的安裝和保護。根據部分灌區的實踐經驗，就自記式水位計而言，可以歸納為如下幾種安裝方式。
1．預制結構安裝
用戶可以在水尺處固定鋼管，將傳感器置于其中進行實時記錄，水位計主機安放在預制好的鋼結構或鋼筋混凝土結構中。應該注意的是，安放傳感器的鋼管一般應在背水面打孔，下端的孔應高于傳感器的金屬部件，上端的孔應低于正常水位或設計水位，鋼管是否需要垂直放置取決于一次傳感器的類型和渠道斷面形狀，對壓力式傳感器而言，鋼管放置的角度不影響測量結果。同時鋼管的下沿與渠底應有一定距離，在保證不被淤積的情況下，盡可能靠近渠底。
2．旱井式安裝
水位計和傳感器均安裝在旱井中，旱井的作用主要是基于儀器安全和防止泥沙淤積的結構需要。本結構可以將傳感器安裝在低于渠底的位置，因而可以感應小水位的數據，從而克服預制結構安裝中傳感器以下的水位無法感知的缺陷。
3．靜水井式安裝
在安裝浮子式傳感器的地方，由于浮子是垂直感應水面的變化，同時為避免波浪等對浮子的影響，需要布設靜水井，靜水井與渠道水體保持連通。實際安裝中，將浮子置于該井中，二次儀表也可以置于該井水面以上的地方。在泥沙淤積不太嚴重的地方，也可在渠道側面修建測水井，并將其與渠道連通。
4．就近建筑物安裝
如果在測流點附近有房屋或其他固定建筑物，為保護儀器免受人為或天氣影響，可通過地埋電纜將主機引入房屋中，觀測人員可足不出戶了解水位實時變化情況。這種方式特別適用于測流房或測流站與測流斷面距離較近（１ｋｍ以內為宜）的地方，它不僅可以節約水位實時監測的電源費用，而且可以大幅度降低通信費用。其一次儀表的安裝與其他方式相同。
四、結語
在灌區用水管理中，水位的實時監測和實時傳送并不總是需要同步完成，自記式水位計可以根據用戶的實際需求，完成水位的動態實時監測和記錄，一定時間之內，灌區管理者可以從自記式水位計主機中將帶有時間標志的水位數據取回，并做出相應的分析。實時傳送往往需要價格不菲的通信費用和電費，它一般應用在重要渠段、有防汛任務的渠段、上下游交接水量的渠段。對灌區灌溉而言，大多數支斗口渠道實現水位水量實時動態自記即可滿足實際需求，從而大幅度降低整個灌區水情測報的費用。而且隨著經濟水平的提高和技術的不斷發展，自記式水位計可以十分方便地與多種通信方式連接，實現水位的實時監測和實時傳送。因此，在灌區灌溉管理的技術方案設計中，應根據實際需求，有選擇地確定傳感器類型、安裝方法和通信模式。
參考文獻：
1蔡勇熤苊饕主編．灌區量水實用技術指南．北京：中國水利水電出版社12．
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