張潤(rùn)杰

（新疆天山源水管理經(jīng)營(yíng)有限公司 烏魯木齊河管理處，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

烏拉泊水庫(kù)是一座中型攔河式土石壩水庫(kù)，位于烏魯木齊市南郊 10 km 處，設(shè)計(jì)庫(kù)容為 7000 萬(wàn) m3，泄水建筑物為泄水涵閘，有 3 孔閘門(mén)，3 個(gè)閘井，104 m 的涵洞，涵洞尺寸為 2.5 m×2.5 m，閘口尺寸為 2.0 m×1.6 m，3 孔最大泄量為 60 m3/s。

水庫(kù)庫(kù)水位觀測(cè)長(zhǎng)期由人工使用不銹鋼尺在標(biāo)樁上立尺讀數(shù)，再根據(jù)標(biāo)樁編號(hào)，查表計(jì)算，取得庫(kù)水位值。烏拉泊、紅雁池水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)工程對(duì)烏拉泊水庫(kù)庫(kù)水位的觀測(cè)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)測(cè)量庫(kù)水位設(shè)在閘井室 2 號(hào)閘井內(nèi)，使用 30 mm 的鍍鋅鋼管，下部制作成 3 m 的花管，安裝至 2 號(hào)閘井右側(cè)處，把連接電纜的壓阻式傳感器探頭放入鋼管內(nèi)預(yù)先標(biāo)定好的高程處，連接控制中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。

1 存在的問(wèn)題

烏拉泊水庫(kù)安裝壓阻式傳感器測(cè)量庫(kù)水位從理論上講，存在 2 方面的問(wèn)題：1）在水庫(kù)閘井室 2 號(hào)閘井不放水的情況（靜態(tài)）下，根據(jù)水靜力學(xué)基本方程及液體靜態(tài)聯(lián)通傳遞原理[1]，人工觀測(cè)與自動(dòng)測(cè)量水位一樣，但存在一定的誤差，這種誤差是邊界條件加上儀器設(shè)備本身的誤差所造成的，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，誤差趨于常數(shù)，根據(jù)誤差修正庫(kù)水位達(dá)到正常范圍。2）在水庫(kù)閘井室 2 號(hào)閘井放水的情況（動(dòng)態(tài)）下，由于受動(dòng)水壓力的影響測(cè)量的水位誤差非常大，甚至達(dá)到幾米，得到的庫(kù)水位數(shù)據(jù)不能使用。根據(jù)實(shí)際情況，每年 11 月初到第 2 年的 4 月底或 5 月初為關(guān)閘階段，屬于靜水狀態(tài)，可由傳感器自動(dòng)測(cè)量；每年的 5 月初到 11 月初為開(kāi)閘階段，屬于動(dòng)水狀態(tài)，則需要人工測(cè)量。自動(dòng)測(cè)量水位還會(huì)受到閘前涵洞內(nèi)的淤積物、開(kāi)關(guān)閘門(mén)頻率、滯后時(shí)間的影響產(chǎn)生誤差。

2 靜態(tài)水位的誤差及對(duì)策

2001年1 月人工與自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比如表1 所示。

2001年1月1～31日，1，2 號(hào)閘門(mén)不開(kāi)，3 號(hào)閘給城市供水常年打開(kāi)并保持流量不超過(guò) 3 m3/s，由表1 可知人工與自動(dòng)測(cè)量的水位誤差在 0.001～0.030 m 之間，平均誤差為 0.015 m，因此可以設(shè)置 1 個(gè)常量，對(duì)水位進(jìn)行修正。但是隨著時(shí)間的推移，這個(gè)常量會(huì)增大，原因是放置傳感器的測(cè)壓管花管部分被淤積，解決方法是定時(shí)沖洗測(cè)壓管的淤積物，同時(shí)對(duì)傳感器進(jìn)行保養(yǎng)，基準(zhǔn)點(diǎn)高程經(jīng)常要校正。

3 動(dòng)態(tài)水位的誤差及對(duì)策

動(dòng)態(tài)時(shí)，人工與自動(dòng)測(cè)量的水位值相差甚大。根據(jù)平板閘門(mén)上的動(dòng)水壓力、門(mén)頂?shù)乃鶋毫?，依?jù)工程實(shí)測(cè)和試驗(yàn)資料[2]得出，長(zhǎng)胸墻（Δ = 0 為短胸墻）如圖 1 所示的 h/H 與閘門(mén)相對(duì)開(kāi)度 e/a（e 為閘門(mén)啟閉高度；a 為涵洞高度，烏拉泊水庫(kù)涵洞高度為 2.5 m）的關(guān)系見(jiàn)參考文獻(xiàn) [3]的第 7 篇第 3 章第 3 節(jié)的圖 7-3-6（h/H～e/a 的關(guān)系圖），根據(jù)關(guān)系圖，計(jì)算出 e/a ，得出 h/H 的系數(shù)。在這里 h 為2 號(hào)閘門(mén)頂水頭，也就是自動(dòng)測(cè)量的水位值，通過(guò)h/H 的系數(shù)便可計(jì)算出實(shí)際的庫(kù)水位 H，為了方便得出實(shí)際的庫(kù)水位值，可以把 h/H～e/a 的關(guān)系由計(jì)算機(jī)錄入并編程實(shí)現(xiàn)，這樣可以消除較大的誤差。2001 年6～12 月測(cè)量及修正水位誤差對(duì)比如表2 所示。

表1 2001年1 月人工與自動(dòng)測(cè)量對(duì)比表 m

表2 2001年6～12 月測(cè)量及修正水位誤差對(duì)比表m

圖1 短胸墻門(mén)井

經(jīng)過(guò)門(mén)頂水柱壓力的換算，在動(dòng)水壓力下可以換算出實(shí)際的庫(kù)水位，與人工觀測(cè)的庫(kù)水位相比較，誤差極小，可以忽略不計(jì)，可以達(dá)到要求。在處理過(guò)程中對(duì) h/H～e/a 的關(guān)系圖中的刻度細(xì)化，計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)水位換算。

5 結(jié)語(yǔ)

烏拉泊水庫(kù)閘安裝的測(cè)量庫(kù)水位的傳感器，存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)庫(kù)水位誤差的問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際情況分析靜態(tài)時(shí)誤差小，可以加上 1 個(gè)常數(shù)減小誤差，經(jīng)過(guò)運(yùn)行得出，修正后的庫(kù)水位達(dá)到實(shí)際的要求；動(dòng)態(tài)時(shí)誤差大，利用平板閘門(mén)上動(dòng)水壓力、門(mén)頂?shù)乃鶋毫Φ膶?shí)測(cè)和 h/H～e/a 的關(guān)系圖，可以換算出實(shí)際水位值，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量水位，減少了建設(shè)自動(dòng)測(cè)量庫(kù)水位工程的費(fèi)用，避免了氣候變化對(duì)測(cè)量水位的影響，解決了人工和自動(dòng)測(cè)量庫(kù)水位誤差大的問(wèn)題。

[1]黃文鍠. 水力學(xué)（上冊(cè)）[M]. 北京：人民出版社，1982.

[2]夏毓常. 高水頭平面閘門(mén)垂直動(dòng)水壓力計(jì)算[J]. 人民長(zhǎng)江，1979 (4): 15-17.

[3]李煒. 水力計(jì)算手冊(cè)[M]. 2 版. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.