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灌区水位测量记录设备及安装技术工学论文
摘要：水位测量施测简单直观，易于为广大用水户所接受而且便于自动观测，因而在灌区水量计量乃至在整个灌区信息化建设中都占有十分重要的地位。目前我国灌区中水位监测采用的传感器依据输出量的不同主要分为模拟传感器和数字传感器，结合灌区的实际需求，由国家节水灌溉北京工程技术研究中心研制开发生产的ＷＲ－２０００系列专利产品，可较好地与此连接，满足灌区水位测量、记录等需要。
关键词：信息化水位传感器安装
一、概述
灌区量水设备和量水技术是实现计划用水和控制灌水质量的基本措施，是实行按方收费、促进节约用水的必要工具和手段。灌区量水常用的方法包括：一是利用水工建筑物量水，其特点是较为经济而且简便；二是利用特设的量水设备量水，其特点是成果比较精确，但设备费用较高，一般在没有水工建筑物或现有水工建筑物不能用于量水时，或是要求的量水精度超过水工建筑物所能达到的精度时采用；三是利用流速仪量水，其特点是成果精确，但费用高，施测和计算繁杂，多在无水工建筑物及特设量水设备不可利用的情况下使用，同时对明渠而言还必须辅助水位测量；四是利用浮标量水，其特点是经济简单，但精度低，同时也需要辅助水位测量；五是利用水尺量水，一般做法是在断面稳定均直、没有回水影响的渠段内设置水位尺，利用水位流量关系测水，或安设经过换算制成的流量尺，直接测读流量，但精度稍差。从以上灌区量水的基本方法可以看出，水位测量和流速测量是两个基本要素，其中水位测量由于施测简单直观，易于为广大用水户所接受而且便于自动观测，因而在灌区水量计量乃至在整个灌区信息化建设中都占有十分重要的地位。
水位测量主要依靠水位传感器实现。目前采用的水位传感器主要有浮子式传感器、压力式水位传感器和超声波水位传感器。浮子式水位传感器因其结构简单，性能稳定，工作可靠，使用及维修方便而被广泛使用；压力式水位传感器采用扩散型硅压阻传感器作为敏感元件，内含温度补偿功能，因此测量精度高，但对泥沙含量大的水流，测量精度会受到影响；超声波水位传感器为非接触式水位测量装置，不怕淤积、腐蚀，但价格高，精度受气候、波浪等外界因素的影响，且存在一定的测量盲区。因此在具体工作中，应根据实际需求，考虑测量精度要求、价格承受能力、安装维护方便、运行可靠安全等多方面因素来综合选择。
二、灌区水位测量记录设备的设计要素
水位传感器确定之后，应根据实际需求合理选定测量记录设备。一方面，作为一次仪表的水位传感器需要二次仪表数据记录仪的电源支持，同时二次仪表需要对一次测量仪表测量信号进行处理。根据我国灌区特点和现阶段经济发展水平，应根据实际需求并考虑发展趋势，设计、研制、开发、生产一类实用产品。它应具有以下特点：
1．应提供记录时间基础
每当设置的采样存储时间间隔到时，微处理器打开传感器供电电路，测量该时间的水位值，并将水位值及该点对应的时间值存入存储器中。
2．应提供较大的存储容量
灌区的实际情况是测量点量大面广，频繁提取数据不太现实，而且原始记录数据希望能够保存尽可能长的时间，因此初步设计中可以考虑按10ｍｉｎ存储一条水位记录，可以存储某个测流断面超过1年的水位数据，而且存储器应在掉电的情况下保证数据不丢失。
3．应采用微功耗和休眠技术
我国灌区大部分测流点位置偏僻，能源供应困难，即便就地采用太阳能供电系统，除投资显著增加外，日常养护也十分困难，因此首选方案应是采用蓄电池，结合微功耗元器件和休眠技术，一个6Ｖ、4Ａ的蓄电池应连续正常工作2个月左右；同时仪表还应可外接大容量的电池，或采用太阳能电池板充电，或在有条件的地方可以直接使用交流电源，从而满足不同用户的需求，保证仪表可以长期工作在野外无电环境下。
4．应提供多种数据提取方式
不同的用水户在不同的阶段对提取数据方式有不同的需求，在满足水位数据长期按指定间隔记录外，用户也可根据实际条件的变化，采用实时方式远程提取数据。不仅可以直接读取记录仪中的水位数据，而且可以通过ＩＣ卡转储、普通电话、ＧＳＭ通信、无线超短波电台等多种方式完成数据的提取。
5．应提供基本参数设置功能
记录仪的系统时间可人为修正，以保证多台仪表有共同的时间基础；采样存储时间间隔可人为在二次仪表上设定，以满足不同用户对采样密度的不同要求；同时，其他有关测量水位的量程、传感器安装位置校准等也应能够在二次仪表上直接设定完成。
由国家节水灌溉北京工程技术研究中心研制开发生产的ＷＲ－2000系列专利产品，可与灌区普遍采用的数字传感器和模拟传感器进行连接，并满足以上设计要素，为灌区水位测量、记录、存储、传输、处理提供技术和设备支撑，同时该设备提供了多种取数方式，用户可以根据实际需求，选取不同的配件实现不同的通信方式。当然这种设备不仅可以连续记录渠道水位的动态变化过程，而且同样适用于灌区地下水位的长期监测。如辅助必要的软件系统，可完成灌区灌溉管理的用水统计。
三、灌区水位测量记录设备的土建安装
对用户而言，现场安装首先应考虑一次传感器和二次记录设备的安装和保护。根据部分灌区的实践经验，就自记式水位计而言，可以归纳为如下几种安装方式。
1．预制结构安装
用户可以在水尺处固定钢管，将传感器置于其中进行实时记录，水位计主机安放在预制好的钢结构或钢筋混凝土结构中。应该注意的是，安放传感器的钢管一般应在背水面打孔，下端的孔应高于传感器的金属部件，上端的孔应低于正常水位或设计水位，钢管是否需要垂直放置取决于一次传感器的类型和渠道断面形状，对压力式传感器而言，钢管放置的角度不影响测量结果。同时钢管的下沿与渠底应有一定距离，在保证不被淤积的情况下，尽可能靠近渠底。
2．旱井式安装
水位计和传感器均安装在旱井中，旱井的作用主要是基于仪器安全和防止泥沙淤积的结构需要。本结构可以将传感器安装在低于渠底的位置，因而可以感应小水位的数据，从而克服预制结构安装中传感器以下的水位无法感知的缺陷。
3．静水井式安装
在安装浮子式传感器的地方，由于浮子是垂直感应水面的变化，同时为避免波浪等对浮子的影响，需要布设静水井，静水井与渠道水体保持连通。实际安装中，将浮子置于该井中，二次仪表也可以置于该井水面以上的地方。在泥沙淤积不太严重的地方，也可在渠道侧面修建测水井，并将其与渠道连通。
4．就近建筑物安装
如果在测流点附近有房屋或其他固定建筑物，为保护仪器免受人为或天气影响，可通过地埋电缆将主机引入房屋中，观测人员可足不出户了解水位实时变化情况。这种方式特别适用于测流房或测流站与测流断面距离较近（１ｋｍ以内为宜）的地方，它不仅可以节约水位实时监测的电源费用，而且可以大幅度降低通信费用。其一次仪表的安装与其他方式相同。
四、结语
在灌区用水管理中，水位的实时监测和实时传送并不总是需要同步完成，自记式水位计可以根据用户的实际需求，完成水位的动态实时监测和记录，一定时间之内，灌区管理者可以从自记式水位计主机中将带有时间标志的水位数据取回，并做出相应的分析。实时传送往往需要价格不菲的通信费用和电费，它一般应用在重要渠段、有防汛任务的渠段、上下游交接水量的渠段。对灌区灌溉而言，大多数支斗口渠道实现水位水量实时动态自记即可满足实际需求，从而大幅度降低整个灌区水情测报的费用。而且随着经济水平的提高和技术的不断发展，自记式水位计可以十分方便地与多种通信方式连接，实现水位的实时监测和实时传送。因此，在灌区灌溉管理的技术方案设计中，应根据实际需求，有选择地确定传感器类型、安装方法和通信模式。
参考文献：
1蔡勇熤苊饕主编．灌区量水实用技术指南．北京：中国水利水电出版社12．
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