烏拉泊水庫庫水位自動測量誤差分析及對策

張潤杰

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

0 引言

烏拉泊水庫是一座中型攔河式土石壩水庫，位于烏魯木齊市南郊 10 km 處，設(shè)計庫容為 7000 萬 m3，泄水建筑物為泄水涵閘，有 3 孔閘門，3 個閘井，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。

水庫庫水位觀測長期由人工使用不銹鋼尺在標樁上立尺讀數(shù)，再根據(jù)標樁編號，查表計算，取得庫水位值。烏拉泊、紅雁池水庫大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)工程對烏拉泊水庫庫水位的觀測實現(xiàn)了自動測量，自動測量庫水位設(shè)在閘井室 2 號閘井內(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)先標定好的高程處，連接控制中心計算機進行自動測量。

1 存在的問題

烏拉泊水庫安裝壓阻式傳感器測量庫水位從理論上講，存在 2 方面的問題：1）在水庫閘井室 2 號閘井不放水的情況（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]，人工觀測與自動測量水位一樣，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)過一段時間的運行，誤差趨于常數(shù)，根據(jù)誤差修正庫水位達到正常范圍。2）在水庫閘井室 2 號閘井放水的情況（動態(tài)）下，由于受動水壓力的影響測量的水位誤差非常大，甚至達到幾米，得到的庫水位數(shù)據(jù)不能使用。根據(jù)實際情況，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)，可由傳感器自動測量；每年的 5 月初到 11 月初為開閘階段，屬于動水狀態(tài)，則需要人工測量。自動測量水位還會受到閘前涵洞內(nèi)的淤積物、開關(guān)閘門頻率、滯后時間的影響產(chǎn)生誤差。

2 靜態(tài)水位的誤差及對策

2001年1 月人工與自動測量數(shù)據(jù)對比如表1 所示。

2001年1月1～31日，1，2 號閘門不開，3 號閘給城市供水常年打開并保持流量不超過 3 m3/s，由表1 可知人工與自動測量的水位誤差在 0.001～0.030 m 之間，平均誤差為 0.015 m，因此可以設(shè)置 1 個常量，對水位進行修正。但是隨著時間的推移，這個常量會增大，原因是放置傳感器的測壓管花管部分被淤積，解決方法是定時沖洗測壓管的淤積物，同時對傳感器進行保養(yǎng)，基準點高程經(jīng)常要校正。

3 動態(tài)水位的誤差及對策

動態(tài)時，人工與自動測量的水位值相差甚大。根據(jù)平板閘門上的動水壓力、門頂?shù)乃鶋毫Γ罁?jù)工程實測和試驗資料[2]得出，長胸墻（Δ = 0 為短胸墻）如圖 1 所示的 h/H 與閘門相對開度 e/a（e 為閘門啟閉高度；a 為涵洞高度，烏拉泊水庫涵洞高度為 2.5 m）的關(guān)系見參考文獻 [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，計算出 e/a ，得出 h/H 的系數(shù)。在這里 h 為2 號閘門頂水頭，也就是自動測量的水位值，通過h/H 的系數(shù)便可計算出實際的庫水位 H，為了方便得出實際的庫水位值，可以把 h/H～e/a 的關(guān)系由計算機錄入并編程實現(xiàn)，這樣可以消除較大的誤差。2001 年6～12 月測量及修正水位誤差對比如表2 所示。

表1 2001年1 月人工與自動測量對比表 m

表2 2001年6～12 月測量及修正水位誤差對比表m

圖1 短胸墻門井

經(jīng)過門頂水柱壓力的換算，在動水壓力下可以換算出實際的庫水位，與人工觀測的庫水位相比較，誤差極小，可以忽略不計，可以達到要求。在處理過程中對 h/H～e/a 的關(guān)系圖中的刻度細化，計算機編程實現(xiàn)水位換算。

5 結(jié)語

烏拉泊水庫閘安裝的測量庫水位的傳感器，存在靜態(tài)和動態(tài)庫水位誤差的問題，通過實際情況分析靜態(tài)時誤差小，可以加上 1 個常數(shù)減小誤差，經(jīng)過運行得出，修正后的庫水位達到實際的要求；動態(tài)時誤差大，利用平板閘門上動水壓力、門頂?shù)乃鶋毫Φ膶崪y和 h/H～e/a 的關(guān)系圖，可以換算出實際水位值，實現(xiàn)了自動測量水位，減少了建設(shè)自動測量庫水位工程的費用，避免了氣候變化對測量水位的影響，解決了人工和自動測量庫水位誤差大的問題。

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

[2]夏毓常. 高水頭平面閘門垂直動水壓力計算[J]. 人民長江，1979 (4): 15-17.

[3]李煒. 水力計算手冊[M]. 2 版. 北京：中國水利水電出版社，2006.