高寒地區(qū)冬季自動(dòng)水位計(jì)的運(yùn)行研究

石啟中

(新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局 烏魯木齊 830000)

浮子水位計(jì)由于運(yùn)行穩(wěn)定、精度較高、維護(hù)簡(jiǎn)單，目前在我國(guó)水利系統(tǒng)運(yùn)用比較廣泛。要建設(shè)龐大的水位觀測(cè)井，浮子水位計(jì)放在井內(nèi)工作。但在高寒地區(qū)冬季由于井內(nèi)水面的結(jié)冰，浮子經(jīng)常被凍在冰蓋中無(wú)法正常運(yùn)行。為打破傳統(tǒng)建井思路，利用較小的投資保證冬季水位計(jì)的正常運(yùn)行，筆者結(jié)合工程實(shí)例，闡述一些改造思路與同仁交流。

1 工程概況

新疆特克斯河地處北緯42°～44°之間，屬于典型的融雪補(bǔ)給型河流，冬夏兩季的流量相差10倍左右，由于河床下切，冬季小流量時(shí)，以前建設(shè)的水位井已不能進(jìn)水，自動(dòng)水位計(jì)不能正常使用。若按照最低水位對(duì)原有水位井進(jìn)行改造，則水位井開(kāi)挖深度較大，土建設(shè)施投資較大。即使井底挖深較大，但由于進(jìn)水管與河道相通處不可能太深，冬季遇到低溫天氣，河道結(jié)冰，進(jìn)水管就有可能被凍，導(dǎo)致水位計(jì)無(wú)法正常運(yùn)行。因此，多年來(lái)該河上的水文站水位計(jì)冬季都拆除，由人工觀測(cè)水位。隨著該河段水庫(kù)的建設(shè)，必須監(jiān)測(cè)入庫(kù)流量的變化，人工觀測(cè)已不能滿(mǎn)足要求，且人工觀測(cè)必須鑿開(kāi)冰蓋，既耗時(shí)又不安全，亟需改造傳統(tǒng)的建井模式，確保冬季水文數(shù)據(jù)的正常采集。

2 設(shè)計(jì)思路

首先對(duì)水位井的設(shè)計(jì)，必須滿(mǎn)足最低水位的要求，這就不能按照原先的地面建井思路，用引水管將河水引入觀測(cè)井。必須將主井深入河中，使水位計(jì)直接處在主河道中，解決水位低時(shí)不能進(jìn)水的問(wèn)題。其次就是冬季防凍保溫，必須用可靠的措施，確保在低溫時(shí)主井內(nèi)不結(jié)冰，浮子水位計(jì)能隨著河水的漲落起伏變化。按照以上兩條設(shè)計(jì)思路，通過(guò)多次試驗(yàn)，最終形成了一套符合冬季運(yùn)行的水位觀測(cè)井的建設(shè)方案，在該河流中取得了很好的效果。

3 工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 水位井的建設(shè)

根據(jù)河道地形條件，水位井用φ350鋼管焊接成“├”形，要求“├”形豎向左半部分深入水中主河道中作為水位井，滿(mǎn)足最低水位要求，內(nèi)部安裝浮子水位計(jì)?！癌馈毙螜M向右半部分作為連接件，與固定在岸邊的活動(dòng)底座連接，底座處設(shè)計(jì)一個(gè)箱子，用來(lái)安裝水位編碼器，在“├”形橫豎的連接處設(shè)置兩個(gè)定滑輪(定滑輪為可拆卸式，便于浮子的安裝)，通過(guò)定滑輪改變浮子鋼絲繩的方向，由豎直變?yōu)樗椒较?，鋼絲通過(guò)水平橫管與岸上箱子內(nèi)水位編碼器轉(zhuǎn)輪連接。豎管頂部設(shè)置可開(kāi)啟頂蓋，用來(lái)拆裝水位計(jì)浮子及日常的維護(hù)。底座由上下法蘭連接，埋入地底的法蘭固定，內(nèi)置一根鋼管作為轉(zhuǎn)軸，鋼管插入上部法蘭連接件內(nèi)，上部可以繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，水位計(jì)安裝時(shí)可將主井轉(zhuǎn)向岸邊，待水位計(jì)安裝完成主井轉(zhuǎn)到河中后，兩法蘭用螺栓固定。結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)原理

圖2 浮子改造剖面

3.2 防凍改造

水位計(jì)由普通的浮子水位計(jì)改造而成，在浮子下部高度1/3處安裝一圈圓形400W可干燒加熱管，加熱管距浮子外壁3cm。加熱管用固定桿件與浮子下端突出的塑料長(zhǎng)桿連接，保持其牢固，在外力作用下不變形。加熱管安裝后改變了原有的重錘與浮子的平衡系統(tǒng)，必須重新對(duì)浮子進(jìn)行配重，取出浮子內(nèi)配重塊，逐漸增加重量，以恢復(fù)到原有浮子與重錘平衡時(shí)的浮子入水深度為準(zhǔn)，保持浮子在水中的平衡。浮子改造剖面見(jiàn)圖2。用220V交流電給加熱管供電，加熱管與電源線(xiàn)接頭處嚴(yán)格密封，確保在水中不漏電，電源端安裝微電腦定時(shí)開(kāi)關(guān)，根據(jù)天氣變化定時(shí)供電，啟動(dòng)加熱管。

3.3 應(yīng)用效果分析

自2009年按照以上思路改造后，該成果在特克斯河水文站得到了很好的應(yīng)用，解決了冬季水位觀測(cè)的難題，此項(xiàng)改造已經(jīng)歷了-20℃低溫的考驗(yàn)，盡管低溫時(shí)河道全面封凍，但由于加熱管的存在，水位井內(nèi)仍然流水暢通，浮子水位計(jì)真實(shí)地反應(yīng)了河道水位。豎向水位井由于直徑較小，受到的浮冰推力有限，在河道開(kāi)河過(guò)程中雖然有浮冰的撞擊但未受到影響。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可根據(jù)氣溫高低調(diào)整加熱時(shí)間，減少耗電量。例如，運(yùn)行中的經(jīng)驗(yàn)為:氣溫在-15～20℃之間通常加熱1h暫停1h，溫度高于-15℃通常加熱30min暫停1h，一般冬季4個(gè)月的電費(fèi)在400元左右，用較小的投資解決了長(zhǎng)期人工鑿冰觀測(cè)水位的歷史。現(xiàn)場(chǎng)安裝的水位井見(jiàn)圖3。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)安裝的水位井

3.4 注意事項(xiàng)

水位井盡量建在河床有陡坎且岸邊能量測(cè)到最低水位的河段，豎井靠近岸邊布置，減少河道主流、水中漂浮物、浮冰對(duì)豎井的沖擊。該建井方案最好在冬季使用，汛期由于河流波浪較大，豎井直接插入河水中，井內(nèi)水流擾動(dòng)劇烈，水位計(jì)浮子頻繁擺動(dòng)，致使鋼絲繩容易從滑輪上脫槽。

4 結(jié)語(yǔ)

該水位裝置的研究改造和現(xiàn)場(chǎng)投入運(yùn)行具有以下特點(diǎn):設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可靠性高;方便靈活，可以隨時(shí)拆裝，建設(shè)費(fèi)用較低。冬季自動(dòng)水位計(jì)運(yùn)行正常，完全滿(mǎn)足水位傳輸?shù)男枰?/p>