王 鋒

在河道水位測量常使用自記水位測井，測井水位通過管路系統(tǒng)與河道水位保持一致性，從而保證測井自記水位記錄的精度和質(zhì)量。

一、常見的河流水位測井管路系統(tǒng)形式

水文站進行河流水位觀測使用的水位自測井采用的管路系統(tǒng)主要有兩種形式：直通式系統(tǒng)和虹吸式系統(tǒng)，比較表見表1。兩種系統(tǒng)各有優(yōu)劣，各有各的適用范圍。

由于虹吸式系統(tǒng)具有投資相對較小、靜水能力好，管路具有自動清淤功能等優(yōu)點。所以過去皖北地區(qū)所采用的測井型式基本上為虹吸式系統(tǒng)。

目前這些測井運行多年，管路密閉性大大下降，運行過程中需要不斷地對管路抽真空，給運行管理單位帶來極大不便，所以在測井的更新改造過程中業(yè)主一般傾向于對老測井拆除重建，采用直通式系統(tǒng)取代老舊的虹吸式系統(tǒng)。

二、水位自測井工程管路系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用實例

蚌埠市懷遠縣上橋閘上游水位自測井為岸式布置虹吸式測井，位于閘口上游側(cè)護坡上，在制定更新改造方案過程中運行管理單位傾向于“虹”改“直”。而直通式系統(tǒng)16.0m高程的管路，需要在水面以下的河床上開挖敷設(shè)，受河道水位的影響，施工難度較大，成本較高，因此不宜直接采用直通式系統(tǒng)。

為此，經(jīng)過對測井的原有虹吸式系統(tǒng)進行分析和研究后，結(jié)合現(xiàn)場情況設(shè)計了采用密封水箱補償?shù)暮缥焦苈废到y(tǒng)，同時為測井預(yù)留了高水位直通式管路系統(tǒng)的雙系統(tǒng)方案（見圖1），得到了業(yè)主的認(rèn)可，并已付諸實施。

因測井所在河道常水位一般在20.0m高程以上，設(shè)計考慮自計井外河水位高于19.5m時，系統(tǒng)可以采用直通式或虹吸式兩種系統(tǒng)工作；水位低于19.5m時啟動虹吸式系統(tǒng)使外河水與導(dǎo)管內(nèi)水溝通，通過測量導(dǎo)管內(nèi)水面得知水位。虹吸式系統(tǒng)采用真空補償水箱為虹吸系統(tǒng)注水，并靠水箱為虹吸系統(tǒng)補償真空損失，以達到虹吸系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的目的。需要啟動虹吸系統(tǒng)時，水箱下真空閥自動關(guān)閉，然后上部真空閥打開為水箱注滿水，注滿水后上部真空閥自動關(guān)閉，下部真空閥打開為系統(tǒng)注水。直到系統(tǒng)注滿水并保證水箱水位維持在設(shè)計高度以上后，系統(tǒng)進入上部真空閥關(guān)閉，下部真空閥常開狀態(tài)，水箱開始為虹吸系統(tǒng)補償真空損失，直到水箱液面下降到設(shè)定高度后系統(tǒng)才會再次自動啟動為水箱補水。系統(tǒng)通過電磁閥和液位感應(yīng)器自動控制。

表1 直通式系統(tǒng)和虹吸式系統(tǒng)測井比較表

本設(shè)計使用的帶補償水箱的虹吸式管路系統(tǒng)具備管路自清功能，配合PE管使用有效地解決了普通虹吸式管路系統(tǒng)易漏氣、運行管理不便的缺點；同時，由于用真空水箱代替了真空泵，使系統(tǒng)更穩(wěn)定、更精確、運行更經(jīng)濟。

三、補償虹吸式測井管路系統(tǒng)原理和優(yōu)勢

虹吸原理就是連通器的原理，虹吸系統(tǒng)正常工作必須滿足系統(tǒng)除兩端開口外其他部分密閉，管內(nèi)充滿水管連通區(qū)最高點距自由水面的水面高度不得高于大氣壓支持的水柱高度兩個條件。圖2、圖3是補償虹吸式系統(tǒng)和普通虹吸式系統(tǒng)的示意圖。

圖中A區(qū)及A區(qū)以下管路為虹吸管路，形成虹吸系統(tǒng)的條件就是A區(qū)及A區(qū)以下管路充滿水，不漏氣，且A區(qū)距離河道水面高度不大于一個大氣壓所支持的水柱高度，即A區(qū)不出現(xiàn)真空。兩套系統(tǒng)的區(qū)別在A區(qū)以上部分，補償虹吸式系統(tǒng)用一個補償水箱代替了普通虹吸式系統(tǒng)的真空泵。

這樣做的目的主要有三個方面的好處。第一，整套虹吸式系統(tǒng)運行的最關(guān)鍵所在就是保證A區(qū)不能出現(xiàn)真空或氣體，首先要保證管路不漏氣，通過采用PE管代替鍍鋅鋼管可以很好地解決這個問題。但是由于管路內(nèi)河道水面高程以上部分的水體始終處于負(fù)壓狀態(tài)，自然界的水體富含空氣，負(fù)壓狀態(tài)下這些氣體會析出，普通虹吸式系統(tǒng)中這些氣體慢慢聚集于A區(qū)，最終導(dǎo)致A區(qū)水體被氣體替代導(dǎo)致系統(tǒng)失效。所以普通虹吸式系統(tǒng)即便管路密封性再好也要周期性地對管路抽真空，避免系統(tǒng)失效。而帶補償水箱的補償虹吸系統(tǒng)有效避免了這個問題，因為該系統(tǒng)運行過程中，閥2是開啟的，水體內(nèi)析出的空氣會經(jīng)過閥2上行進入補償水箱，不會聚集在A區(qū)，從而保證系統(tǒng)正常工作。

第二，采用補償水箱代替真空泵，整個系統(tǒng)可以無電運行，可以人工操作人工補水，也可以采用自來水完成對系統(tǒng)的補水工作，補水維護周期長，可以有效節(jié)約運行管理費用。

第三，補償虹吸式系統(tǒng)采用補償水箱通過閥1和閥2的交替操作可以輕松完成對整個管路的充水工作，也可以通過補償水箱向下灌水，自動沖洗管路，保證管路長期有效運行。

四、結(jié)語

由上述分析可見，帶補償水箱的補償虹吸式系統(tǒng)，可以很好地解決普通虹吸式系統(tǒng)易漏氣，頻繁抽真空運行管理不便的缺點，同時具有穩(wěn)定性及靜水能力好，可以自動清淤等優(yōu)點，系統(tǒng)安裝方便，操作簡單，有推廣使用的價值■