補償虹吸式水位測井的設計及應用

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量。

一、常見的河流水位測井管路系統形式

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主要有兩種形式：直通式系統和虹吸式系統，比較表見表1。兩種系統各有優劣，各有各的適用范圍。

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

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主一般傾向于對老測井拆除重建，采用直通式系統取代老舊的虹吸式系統。

二、水位自測井工程管路系統設計應用實例

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16.0m高程的管路，需要在水面以下的河床上開挖敷設，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。

為此，經過對測井的原有虹吸式系統進行分析和研究后，結合現場情況設計了采用密封水箱補償的虹吸式管路系統，同時為測井預留了高水位直通式管路系統的雙系統方案（見圖1），得到了業主的認可，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，設計考慮自計井外河水位高于19.5m時，系統可以采用直通式或虹吸式兩種系統工作；水位低于19.5m時啟動虹吸式系統使外河水與導管內水溝通，通過測量導管內水面得知水位。虹吸式系統采用真空補償水箱為虹吸系統注水，并靠水箱為虹吸系統補償真空損失，以達到虹吸系統長期穩定運行的目的。需要啟動虹吸系統時，水箱下真空閥自動關閉，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閉，下部真空閥打開為系統注水。直到系統注滿水并保證水箱水位維持在設計高度以上后，系統進入上部真空閥關閉，下部真空閥常開狀態，水箱開始為虹吸系統補償真空損失，直到水箱液面下降到設定高度后系統才會再次自動啟動為水箱補水。系統通過電磁閥和液位感應器自動控制。

表1 直通式系統和虹吸式系統測井比較表

本設計使用的帶補償水箱的虹吸式管路系統具備管路自清功能，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，使系統更穩定、更精確、運行更經濟。

三、補償虹吸式測井管路系統原理和優勢

虹吸原理就是連通器的原理，虹吸系統正常工作必須滿足系統除兩端開口外其他部分密閉，管內充滿水管連通區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是補償虹吸式系統和普通虹吸式系統的示意圖。

圖中A區及A區以下管路為虹吸管路，形成虹吸系統的條件就是A區及A區以下管路充滿水，不漏氣，且A區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區不出現真空。兩套系統的區別在A區以上部分，補償虹吸式系統用一個補償水箱代替了普通虹吸式系統的真空泵。

這樣做的目的主要有三個方面的好處。第一，整套虹吸式系統運行的最關鍵所在就是保證A區不能出現真空或氣體，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。但是由于管路內河道水面高程以上部分的水體始終處于負壓狀態，自然界的水體富含空氣，負壓狀態下這些氣體會析出，普通虹吸式系統中這些氣體慢慢聚集于A區，最終導致A區水體被氣體替代導致系統失效。所以普通虹吸式系統即便管路密封性再好也要周期性地對管路抽真空，避免系統失效。而帶補償水箱的補償虹吸系統有效避免了這個問題，因為該系統運行過程中，閥2是開啟的，水體內析出的空氣會經過閥2上行進入補償水箱，不會聚集在A區，從而保證系統正常工作。

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

第三，補償虹吸式系統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、結語

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