關(guān)于橡膠壩工程水位測量問題的探討

張振勇，郭雅君，張君慧

（南陽市白河橡膠壩管理處，河南 南陽 473000）

關(guān)于橡膠壩工程水位測量問題的探討

張振勇，郭雅君，張君慧

（南陽市白河橡膠壩管理處，河南 南陽 473000）

南陽市白河零級橡膠壩最大蓄水量2 160萬m3，相當(dāng)于一個Ⅲ等中型水庫的庫容，準(zhǔn)確測量水位是合理、有效調(diào)度和通航的必要條件，文章以南陽市白河零級橡膠壩工程為例，主要介紹了WIDEPLUS-8系列精小型壓力變送器的應(yīng)用及在水位測量中發(fā)現(xiàn)的問題，并提出相關(guān)建議。

橡膠壩工程；水位測量；探討

南陽市白河零級橡膠壩工程（簡稱零壩）始建于2010年12月21日，該工程主要包括充水式橡膠壩和通航船閘等。

橡膠壩上游水位監(jiān)測采用上潤精密儀器有限公司生產(chǎn)的WIDEPLUS-8系列精小型壓力變送器獲得4-20 mA電流信號并送入PLC模塊，船閘閘室及上下游均未安裝水位計，目前主要依靠工作人員用目測完成，對目測人員的經(jīng)驗水平要求較高，不同的人員測得的結(jié)果也不相同，誤差較大。

1 水位計概述

1.1分類

水位計也叫“液位計”或“液面計”，是自動測定并記錄河流、湖泊和灌渠等水體的水位的儀器，按傳感器原理可分為壓力式、浮子式、光纖式、跟蹤式和聲波式等。

1.2工作原理

壓力式水位計的工作原理是通過傳感器測得的壓力，計算出水位；浮子式水位計的工作原理是由水位控制浮子的升降，適合于岸坡穩(wěn)定、河床沖淤很小的低含沙量河段；光纖水位計的工作原理是通過激光調(diào)制技術(shù)，獲得水位信息，再采用光路耦合調(diào)節(jié)設(shè)備，通過光纖傳遞水位信息；跟蹤式水位計也叫接觸式水位計，工作原理是利用重錘上的電測針接觸水面發(fā)出電信號，使電機正轉(zhuǎn)或逆轉(zhuǎn)，隨時跟蹤水面點的位置，從而測定水位；聲波式水位計屬于反射式水位計，工作原理是通過聲波反射測定水位。

2 應(yīng)用于零壩的壓力傳感器

2.1概述

WIDEPLUS-8系列精小型壓力變送器用OEM壓力傳感器測量信號，經(jīng)計算機自動測試，使用激光調(diào)阻工藝進行寬溫度范圍的零點和靈敏度溫度補償。放大電路位于不銹鋼殼體內(nèi)，將傳感器信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸出信號，充分發(fā)揮了傳感器的技術(shù)優(yōu)勢，具有優(yōu)異的性能，可適應(yīng)工業(yè)各種場合及介質(zhì)。

2.2工作原理

壓力變送器由信號處理電路和傳感器組成，當(dāng)水位變化時，壓力作用在不銹鋼316L隔離膜片上，引起惠斯頓電橋橋臂發(fā)生變化，通過精密的補償技術(shù)、信號處理技術(shù)、轉(zhuǎn)換成與水壓成正比的標(biāo)準(zhǔn)4～20 mA直流信號，供給二次儀表進行測量、指示和過程調(diào)節(jié)，其原理見圖1。

圖1　工作原理圖

2.3運行效果

南陽市白河零壩選用的壓力變送器型號為W I D E P L U S-8 A 1 S 1 G 4 F 2 D 5 G 1 0 G J 1；量程為（0～0.06）MPA；準(zhǔn)確度等級為0.5級；輸出電流為（4～20）mADC；輸出誤差數(shù)學(xué)模型為△I=I-（Im/ Pm.P+Io）。

式中：△I——壓力變送器輸出誤差，mA；I——壓力變送器輸出電流值，mA；Im——壓力變送器輸出量程，mA；Pm——壓力變送器輸入量程，Pa ；P——壓力變送器輸入壓力值，Pa；Io——壓力變送器輸入起始值，mA。

零壩自2014年8月交維以來，計算機監(jiān)測的壩前水位值與實測值對比，偏差在0.03 m以內(nèi)（抽查數(shù)據(jù)見表1），運行狀況良好，從未出現(xiàn)異常，溫度漂移小，測量精度高，穩(wěn)定性好。

表1　壩前水位值與實例值對比表　　　m

3 發(fā)現(xiàn)的問題

問題一：橡膠壩充排水控制單元主要由充排水泵、電氣控制裝置和水位監(jiān)測設(shè)備等組成，根據(jù)上游水位及壩袋高度，通過對水泵電機的開關(guān)等實現(xiàn)壩袋自動控制，為了進行充排水智能控制，水位監(jiān)測是一項非常重要的工作，由于壩前水尺容易因褪色、被漂浮物遮擋等因素，不能準(zhǔn)確讀數(shù)上游水位的數(shù)值，壩高水尺容易因褪色、距離觀測點遠和壩型變化等因素，不能準(zhǔn)確讀數(shù)，進而影響調(diào)度，當(dāng)橡膠壩上過水深度超過0.5 m時，可能引起壩袋振動，影響橡膠壩自身安全；

問題二：船閘主要由上下閘首和閘室組成，上閘首包括人字閘門和兩個輸水洞閘門，下閘首同上閘首一樣，包括人字閘門和兩個輸水閘門；船閘運行有著嚴格的閉鎖要求，只有在上游閥門開啟之后，且閘室水位與上游平齊，才能開啟上游閘門，同樣，也只有在下游閥門開啟之后，且閘室水位與下游平齊，才能開啟下游閘門。由于零壩船閘閘室及下游無水位信息，默認5 min內(nèi)閘室水位與上游（下游）平齊，當(dāng)水位差較小的時候，船舶不能及時過閘，影響通航速度，反之，會造成主閘門開啟時過載運行，嚴重時損壞主閘門的傳動結(jié)構(gòu)。

4 改進建議

零壩總長530.5 m，壩高5.5 m，回水長度8 km，水域總面積16.5 km2，綜合規(guī)?？胺Q全國第一壩，調(diào)度和通航的重要性不言而喻。

橡膠壩充排水和船閘控制系統(tǒng)是橡膠壩監(jiān)控系統(tǒng)的核心，監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)地測控系統(tǒng)和上位遠程監(jiān)控系統(tǒng)組成，具體包括充排水泵、船閘、監(jiān)控主機和現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及控制設(shè)備等。目前，零壩已實現(xiàn)壩前水位的實時監(jiān)控，建議繼續(xù)使用上潤公司生產(chǎn)的WIDEPLUS-8系列精小型壓力變送器，增加對上下游水位、閘室內(nèi)水位及壩高的監(jiān)測，以便更合理有效的實現(xiàn)橡膠壩壩袋充排水系統(tǒng)的智能控制，提高船閘通航效率，為防汛調(diào)度和旅游通航做好服務(wù)。

5 結(jié)束語

總體而言，國內(nèi)橡膠壩工程水位測量的信息化程度水平較低，手段較為落后，數(shù)據(jù)的采集主要依靠人員觀察，壓力變送器以其合理的價格和優(yōu)良的性能獲得了較大的市場份額，選擇一款溫度漂移小，測量精度高，穩(wěn)定性好的壓力變送器，準(zhǔn)確測得閘室內(nèi)水位、上下游水位及壩袋高度，是實現(xiàn)船閘自動控制、壩袋高度自動調(diào)節(jié)和科學(xué)調(diào)度的基礎(chǔ)。

需要注意的是，壓力傳感器在遇到強烈震動或者長時間運行后，可能出現(xiàn)大于精度范圍內(nèi)的誤差，需要重新校驗。作者希望本文對橡膠壩供排水系統(tǒng)及通航船閘監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)及運維單位有參考價值。

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Discussion on rubber dam water level measurement issues

TV644

1009-797X（2016）10-0034-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.011

張振勇（1984-），男，本科學(xué)歷，助理工程師，畢業(yè)于浙江大學(xué)電氣工程與自動化專業(yè)，從事大壩調(diào)度及船閘運行工作。

2016-03-04