乌拉泊水库库水位自动测量误差分析及对策

张润杰

（新疆天山源水管理经营有限公司 乌鲁木齐河管理处，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

乌拉泊水库是一座中型拦河式土石坝水库，位于乌鲁木齐市南郊 10 km 处，设计库容为 7000 万 m3，泄水建筑物为泄水涵闸，有 3 孔闸门，3 个闸井，104 m 的涵洞，涵洞尺寸为 2.5 m×2.5 m，闸口尺寸为 2.0 m×1.6 m，3 孔最大泄量为 60 m3/s。

水库库水位观测长期由人工使用不锈钢尺在标桩上立尺读数，再根据标桩编号，查表计算，取得库水位值。乌拉泊、红雁池水库大坝安全监测自动化系统工程对乌拉泊水库库水位的观测实现了自动测量，自动测量库水位设在闸井室 2 号闸井内，使用 30 mm 的镀锌钢管，下部制作成 3 m 的花管，安装至 2 号闸井右侧处，把连接电缆的压阻式传感器探头放入钢管内预先标定好的高程处，连接控制中心计算机进行自动测量。

1 存在的问题

乌拉泊水库安装压阻式传感器测量库水位从理论上讲，存在 2 方面的问题：1）在水库闸井室 2 号闸井不放水的情况（静态）下，根据水静力学基本方程及液体静态联通传递原理[1]，人工观测与自动测量水位一样，但存在一定的误差，这种误差是边界条件加上仪器设备本身的误差所造成的，经过一段时间的运行，误差趋于常数，根据误差修正库水位达到正常范围。2）在水库闸井室 2 号闸井放水的情况（动态）下，由于受动水压力的影响测量的水位误差非常大，甚至达到几米，得到的库水位数据不能使用。根据实际情况，每年 11 月初到第 2 年的 4 月底或 5 月初为关闸阶段，属于静水状态，可由传感器自动测量；每年的 5 月初到 11 月初为开闸阶段，属于动水状态，则需要人工测量。自动测量水位还会受到闸前涵洞内的淤积物、开关闸门频率、滞后时间的影响产生误差。

2 静态水位的误差及对策

2001年1 月人工与自动测量数据对比如表1 所示。

2001年1月1～31日，1，2 号闸门不开，3 号闸给城市供水常年打开并保持流量不超过 3 m3/s，由表1 可知人工与自动测量的水位误差在 0.001～0.030 m 之间，平均误差为 0.015 m，因此可以设置 1 个常量，对水位进行修正。但是随着时间的推移，这个常量会增大，原因是放置传感器的测压管花管部分被淤积，解决方法是定时冲洗测压管的淤积物，同时对传感器进行保养，基准点高程经常要校正。

3 动态水位的误差及对策

动态时，人工与自动测量的水位值相差甚大。根据平板闸门上的动水压力、门顶的水柱压力，依据工程实测和试验资料[2]得出，长胸墙（Δ = 0 为短胸墙）如图 1 所示的 h/H 与闸门相对开度 e/a（e 为闸门启闭高度；a 为涵洞高度，乌拉泊水库涵洞高度为 2.5 m）的关系见参考文献 [3]的第 7 篇第 3 章第 3 节的图 7-3-6（h/H～e/a 的关系图），根据关系图，计算出 e/a ，得出 h/H 的系数。在这里 h 为2 号闸门顶水头，也就是自动测量的水位值，通过h/H 的系数便可计算出实际的库水位 H，为了方便得出实际的库水位值，可以把 h/H～e/a 的关系由计算机录入并编程实现，这样可以消除较大的误差。2001 年6～12 月测量及修正水位误差对比如表2 所示。

表1 2001年1 月人工与自动测量对比表 m

表2 2001年6～12 月测量及修正水位误差对比表m

图1 短胸墙门井

经过门顶水柱压力的换算，在动水压力下可以换算出实际的库水位，与人工观测的库水位相比较，误差极小，可以忽略不计，可以达到要求。在处理过程中对 h/H～e/a 的关系图中的刻度细化，计算机编程实现水位换算。

5 结语

乌拉泊水库闸安装的测量库水位的传感器，存在静态和动态库水位误差的问题，通过实际情况分析静态时误差小，可以加上 1 个常数减小误差，经过运行得出，修正后的库水位达到实际的要求；动态时误差大，利用平板闸门上动水压力、门顶的水柱压力的实测和 h/H～e/a 的关系图，可以换算出实际水位值，实现了自动测量水位，减少了建设自动测量库水位工程的费用，避免了气候变化对测量水位的影响，解决了人工和自动测量库水位误差大的问题。

[1]黄文鍠. 水力学（上册）[M]. 北京：人民出版社，1982.

[2]夏毓常. 高水头平面闸门垂直动水压力计算[J]. 人民长江，1979 (4): 15-17.

[3]李炜. 水力计算手册[M]. 2 版. 北京：中国水利水电出版社，2006.