WQC－1型氣泡式水位計應用淺析

陳志勇 廣東省水文局梅州分局，廣東梅州514071

WQC－1型氣泡式水位計應用淺析

陳志勇 廣東省水文局梅州分局，廣東梅州514071

本文通過分析WQC－1型氣泡式水位計的工作原理，誤差來源，并結(jié)合使用情況，提出對該儀器的一些看法和建議，使有關單位使用時注意此類情況,使廠家改進, 以便更好地推廣使用。

氣泡式水位計； 應用；分析

1、基本情況

根據(jù)新鋪站的具體測驗斷面情況，測站水文特性，按照氣泡式水位計的安裝技術要求（固定通氣孔端口、布設通氣管、氣管長度、測壓高度、安裝水位計機箱、供電、數(shù)據(jù)存儲等配套），進行安裝使用。新鋪水文站于2005年1月安裝使用WQC－1型氣泡式水位計，使用一年后將氣泡式水位與人工觀測水位(8、20時)進行對比。現(xiàn)就氣泡式水位計使用的基本情況、工作原理與誤差影響因素進行分析、觀測誤差及存在問題作簡要的闡述。

2、工作原理與誤差影響因素

WQC－1型氣泡式水位計的工作原理是：水位計將空氣通過過濾、凈化后，氣泵將空氣往單向閥壓入儲氣罐中，儲氣罐的氣體分兩路分別向壓力控制單元中的壓力傳感器和通入水下的通氣管輸送，當氣泵停止吹氣時，單向閥閉合，水下通氣管口被氣體封住，從而形成了一個密閉的連接壓力傳感器和水下通氣管口的空腔。根據(jù)壓力傳遞原理，在通氣管道內(nèi)的氣體達到動態(tài)平衡時，水下通氣管口所承受的壓力經(jīng)過通氣管傳遞到壓力控制單元的壓力傳感器所承受的壓力相等，用此壓力值減去大氣的壓力值，即可得到水頭的凈壓值，從而便可得出測量的水位值。

從以上工作原理可知，水位計關鍵是解決測量水頭凈壓值，從而來實現(xiàn)其監(jiān)測任務。因為氣泵吹氣的壓力基本是恒定的，即2.5kg/m2，那么水頭的凈壓值就與水體密度有關，一般情況下，在同一個點，水體密度（通常ρ≈1.00t/m3）小的，測量的水位值就偏大；水體密度大的，測量的水位值就偏小。當水體有一定含沙量，其密度就大于1.00t/m3，測量的水位值就偏小。觀測對比發(fā)現(xiàn)，其測量誤差的大小與水位的變幅、含沙量的大小有密切的關系，也就是說平枯水的水位比洪水期的水位要準確、氣泡水位計在水庫比河道效果要好。

3、實測資料分析對比

WQC－1型氣泡式水位計經(jīng)過1年的運行，作為基本水位進行記錄，并對新鋪站8、20時進行比測，發(fā)現(xiàn)主要存在的問題如下：

①在枯水期（低水位）時，河水清澈，含沙量較小，水體密度接近1.00t/m3，固定安裝的通氣孔端口處，水流緩慢，人類活動較少，日水位的變幅在0.2～2.0m之間，水位的觀測誤差在±2cm內(nèi)，個別測點在±3～4cm，基本上能滿足現(xiàn)行的《水位觀測標準》

②在汛期時，水位變幅大，漲落頻繁，江河水體有一定的含沙量且不斷變化，其相應的水體密度也在不斷的變動。根據(jù)新鋪站2005年6月份的資料分析，其相應的時刻水位與人工觀測的值明顯偏小（偏小范圍在－2cm～－12cm），而且相當部分時間都超出誤差允許范圍，最大誤差為－17cm，勢必造成日、月平均水位誤差超標。

4、使用過程中出現(xiàn)的問題

①該氣泡式水位計對供電電壓要求較高，當電壓略低于12V時，水位計不工作或勉強工作（主要體現(xiàn)在泵氣的時間由設計的5秒增加到6～7秒不等），測量成果有較大的誤差，一般小變幅的水位，通常誤差在±2～5cm之間。所以，運行期間，要經(jīng)常檢查電源電壓，當?shù)陀?2V時應及時進行充電。

②水位計設計有密度修正功能，雖然隨時可以進行密度修正，但由于受到含沙量的影響，江河水體的密度在不斷變化，每次（設置為五分鐘）測量的水位不斷產(chǎn)生誤差。如果（特別是洪水期間）每隔1～2個小時進行設置密度修正，就不利于水位的實時監(jiān)測以及實現(xiàn)無人值守的目標。

③按5分鐘測量一次計，干燥劑要大約1個月更換一次，更換次數(shù)頻繁而且操作要求高，不方便使用。干燥劑顆粒不起作用時又沒及時更換將直接影響測讀精度。

④記錄顯示不直觀，反應慢，需2分鐘時間。連接存儲器或計算機，只能顯示時間、水位數(shù)據(jù)，未有圖形及變化過程，對于水文測站的水文預報、流量、泥沙測驗的布測等工作的開展，帶來不便。

結(jié)論

WQC-I型氣泡水位計適合于水文站水位觀測點不便建井或建井費用昂貴的地區(qū)，它具有安裝、維護方便、操作靈活等特點。在使用過程中，應注意的事項：

①經(jīng)常檢查電源電壓是否正常（電壓低于12V以下需及時充電）；

②為確保通氣管干燥，要注意干燥劑顏色變化情況，當干燥劑顆粒九成以上變紅時要及時更換，更換時要特別留意勿將干燥劑顆粒倒入通氣管，為避免此類事情發(fā)生，在倒入干燥劑時可先將通氣管口用紙塞住或一邊倒一邊用一個手指將管口按住；

③要經(jīng)常進行儀器漏氣檢測，以保證其測讀精度；

④每天8時、20時要進行校測，校測應該先觀測水尺后觀測氣泡水位計的水位，當出現(xiàn)儀器測出的數(shù)據(jù)與自記（或人工）記錄數(shù)值超過允許范圍時，要重新進行密度修正。洪水期間要加密校測次數(shù)，提高氣泡水位觀測精度。

⑤鑒于目前的所安裝的氣泡式水位計，在某些方面還不夠人性化（需定期更換干燥劑，不斷進行校測以便及時進行密度修正，數(shù)據(jù)顯示、輸出不夠完善等），建議能否生產(chǎn)一批新一代的氣泡式水位計，與水文自動測報系統(tǒng)連接，實現(xiàn)水位的實時監(jiān)控。

[1]水位觀測標準.GBJ138-90

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.026