水位臺(tái)沖淤設(shè)備在林子水文站的成功應(yīng)用

邢 亞，劉田田，陳晶晶，焦芳芳

（1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局，江蘇 徐州 221006；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210029）

水位信息是重要的水文要素，目前江河湖泊的水位遙測(cè)主要通過(guò)建設(shè)水位自記臺(tái)，并在自記臺(tái)內(nèi)安裝水位裝置及遠(yuǎn)程傳輸裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。水位觀測(cè)平臺(tái)連通管是水位臺(tái)測(cè)井同需監(jiān)測(cè)水體的連接通道。為使自記臺(tái)在低水位時(shí)仍能發(fā)揮作用，自記臺(tái)內(nèi)連通管埋設(shè)高程通常較低[1]，這使得連通管在使用過(guò)程中經(jīng)常遇到淤積、堵塞問(wèn)題，致使水位裝置無(wú)法正常運(yùn)行。根據(jù)河道特性及連通管尺寸的不同，連通管一般5年內(nèi)就會(huì)形成淤積。淤積后，水位計(jì)靈敏性將降低，甚至完全淤塞后，失去水位測(cè)量功能。連通管的淤積問(wèn)題已成了現(xiàn)階段水位臺(tái)正常工作的最大障礙與最棘手問(wèn)題[2]。

1 傳統(tǒng)清淤方法

傳統(tǒng)的連通管清淤方式為：（1）利用機(jī)械沖淤。即利用高壓水槍或者機(jī)械裝置向測(cè)井內(nèi)的連通管口注水，該方法只能沖散連通管最里側(cè)的泥沙，對(duì)于清除連通管中部及管口處的泥沙，效果甚微。而連通管的淤積，往往是從連通管管口開(kāi)始，所以本方法并不實(shí)用，且附帶振動(dòng)功能的機(jī)械裝置，在工作時(shí)甚至可能對(duì)水位臺(tái)結(jié)構(gòu)造成損壞；（2）低水位時(shí)設(shè)置施工圍堰，人工自管口清理連通管。該方法局限性大，代價(jià)較大，只適用于管徑大、管長(zhǎng)較小的連通管，需在低水位進(jìn)行，對(duì)于重要通航河道、非季節(jié)性河道、景區(qū)內(nèi)的河道或者其他不適宜填筑圍堰的情況則無(wú)法使用，且圍堰的填筑和拆除都存在較大難度，若拆除不徹底，還存在淤積河道的可能；（3）人工進(jìn)入測(cè)井清淤。該方法需要在低水位時(shí)進(jìn)行，人工進(jìn)入測(cè)井，使用勺子、鐵鍬等工具，由內(nèi)向外將連通管內(nèi)淤泥掏出，并裝在吊桶內(nèi)，由他人配合將桶吊運(yùn)上去。此方法受河道水位局限性較大，需在河干時(shí)進(jìn)行，且效率較低，難度較大，不適用于連通管較長(zhǎng)的情況[3]。

傳統(tǒng)的連通管清淤方法耗費(fèi)大量人力和財(cái)力，施工工期較長(zhǎng)，而且清淤不徹底，容易再次淤積。傳統(tǒng)方法對(duì)施工時(shí)水位等環(huán)境要求較高，需要填筑施工圍堰或者水利部門(mén)關(guān)閉閘壩并抽干水方可進(jìn)行，嚴(yán)重影響水文正常測(cè)驗(yàn)工作。對(duì)于不具備施工條件的情況，則無(wú)法施工，使水位臺(tái)失去水位獲取功能。針對(duì)淤積問(wèn)題，水文人進(jìn)行了各種探索，但都沒(méi)有從根本上解決，亟需一種便捷、經(jīng)濟(jì)、高效、可大面積推廣的連通管清淤方法來(lái)改變這一現(xiàn)狀。

2 新型沖淤設(shè)備

江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局致力于水文測(cè)報(bào)方式改革，為解決連通管淤積這一難題，在多次試驗(yàn)的基礎(chǔ)上制作出一種自記臺(tái)連通管的沖淤設(shè)備，并在林子水文站試驗(yàn)成功。該設(shè)備自下而上由不銹鋼蝶閥、傳動(dòng)軸、傳動(dòng)扳手等部件組成，需與便攜式抽水泵配合使用。該設(shè)備的安裝需在自記井內(nèi)連通管管口根據(jù)蝶閥尺寸預(yù)埋螺栓以固定蝶閥，在自記井內(nèi)壁間隔豎直向上布置固定栓以固定傳動(dòng)軸和傳動(dòng)扳手。在林子水文站建設(shè)時(shí)，江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局已將該沖淤設(shè)備預(yù)先安裝在自記臺(tái)的自記井內(nèi)。其中，蝶閥位于自記井內(nèi)連通管管口，蝶閥是用圓盤(pán)式啟閉件往復(fù)回轉(zhuǎn)90°左右來(lái)開(kāi)啟、關(guān)閉或調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的一種閥門(mén)。蝶閥不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、材料耗用省、安裝尺寸小、驅(qū)動(dòng)力矩小、操作簡(jiǎn)便、迅速，并且還可以同時(shí)具有良好的流量調(diào)節(jié)功能和關(guān)閉密封特性。廣為使用的蝶閥一般傳動(dòng)軸較短，本設(shè)備在成品蝶閥的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，延長(zhǎng)傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸豎直向上布置，固定在自記井內(nèi)壁，傳動(dòng)扳手位于傳動(dòng)軸上部，距離自記井井口約1 m。在設(shè)備未啟用時(shí)，蝶閥處于完全打開(kāi)狀態(tài)，設(shè)備各部件都位于測(cè)井井蓋之下，不會(huì)影響正常的水文測(cè)報(bào)。整套設(shè)備造價(jià)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)清淤方法，并可重復(fù)多次使用，便攜式抽水泵更是可以多處使用。

該設(shè)備的工作原理為：通過(guò)傳動(dòng)扳手關(guān)閉蝶閥，隔斷自記井與河道水體，向自記井內(nèi)注水形成高水頭差，隨后打開(kāi)蝶閥，利用水頭差將連通管內(nèi)淤泥排出。

3 應(yīng)用實(shí)例

林子水文站位于江蘇省徐州市邳州邳蒼分洪道西泓右岸，于2015年7月建成并投入使用，為當(dāng)?shù)靥峁┧姆?wù)。該水位臺(tái)測(cè)井為預(yù)制鋼筋混凝土管，直徑1.6 m，連通管為內(nèi)徑28 cm的鋼質(zhì)管，從管口至自記臺(tái)內(nèi)壁長(zhǎng)約10 m，由于連通管進(jìn)水口高程設(shè)置為22.50 m（1985黃海高程），與河底高程相同，加之該河段泥沙含量較大，導(dǎo)致該水文站在運(yùn)行2年后出現(xiàn)水位變化的信息傳輸嚴(yán)重滯后的現(xiàn)象。經(jīng)水文專家分析后，一致認(rèn)為該水位自記臺(tái)連通管已被泥沙淤積，目前尚未淤積完全，如不采取措施，該連通管將很快被完全淤積。

為解決這一問(wèn)題，2017年7月28日，江蘇省水文水資源勘測(cè)局徐州分局組成清淤小組，攜帶便攜式柴油抽水泵等設(shè)施赴林子水文站進(jìn)行清淤，當(dāng)日邳蒼分洪道西泓水位為25.75 m。

試驗(yàn)前，將自記臺(tái)內(nèi)水位計(jì)等設(shè)備取出。試驗(yàn)時(shí)，先通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)沖淤設(shè)備的傳動(dòng)扳手將蝶閥閥門(mén)封閉，阻斷自記井與邳蒼分洪道西泓水體的連接，隨后將抽水泵接上水管至自記井，并向自記井內(nèi)注水，在自記井內(nèi)形成高水頭。清淤小組仔細(xì)觀察記錄著試驗(yàn)過(guò)程。持續(xù)注水8 min后，測(cè)井內(nèi)水位約達(dá)到自記臺(tái)平臺(tái)1 m以下，即高程29.60 m。此時(shí)連通管處壓強(qiáng)計(jì)算式[4]為：

P=ρ×g×h=1000 kg/m3×9.8N/kg×（29.60-25.75）m=37730 Pa

式中：ρ為水的密度；g為重力加速度；h為水深。

連通管內(nèi)徑280 mm，連通管共受到壓力為：

F=p×m=37730×0.14×0.14×3.14=2322 N

隨后，立即打開(kāi)預(yù)設(shè)的傳動(dòng)扳手釋放水頭差，自記井內(nèi)水位迅速下落，在數(shù)秒內(nèi)降至正常水位。通過(guò)水位差形成的高壓強(qiáng)，在閥門(mén)打開(kāi)的瞬間形成了大流速水流，水流混合著連通管內(nèi)淤積的泥沙，由連通管噴射而出，在水面上可以清楚地看到?jīng)_淤形成的渾水區(qū)，表明清除了整根連通管內(nèi)滯留的泥沙，試驗(yàn)效果良好，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，整個(gè)沖淤過(guò)程僅用時(shí)20 min。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)踐表明，該設(shè)備將極大地解決現(xiàn)階段水位臺(tái)最令人困擾的問(wèn)題，更好地發(fā)揮水位臺(tái)在水文測(cè)報(bào)中的作用，增強(qiáng)水文行業(yè)水文測(cè)報(bào)能力，且相比于傳統(tǒng)清淤方式動(dòng)輒幾萬(wàn)的清淤費(fèi)用及數(shù)日的清淤時(shí)間，該設(shè)備既簡(jiǎn)便快捷又經(jīng)濟(jì)高效，不受工作環(huán)境限制，工作無(wú)安全隱患，在稍加完善升級(jí)后，值得全面推廣。目前，該設(shè)備已應(yīng)用于淮河流域馬蘭閘、官莊閘等省界斷面水資源監(jiān)測(cè)站網(wǎng)建設(shè)江蘇徐州部分工程。