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[摘 要]伴随水电大开发的态势，在建、拟建的大型、巨型水电站越来越多，这些水电站库容大、消落深度大，本文主要讨论如何合理的选用合适的水位自动采集方式，以满足电站库水位动态监测、防洪调度、水库调度、电力调度等情况下的实时库水位采集需要。
[关键词] 库水位 水位自动采集 水位传感器
中图分类号：TV736
1水位自动采集方式概述
库水位自动采集方式的选择不仅涉及到建设投资，也影响到后期运行维护，因此需要综合考虑建设地形条件、地质条件、投资规模、运行维护条件等因素。
目前世界上应用最为广泛、技术成熟的水位自动采集方式主要通过机械式、压力式、波（光波、声波）水位传感器进行水位自动采集，这些传感器主要有：浮子式、压阻式、气泡式、超声波、雷达、激光水位传感器。
2、各采集方式特点
2.1机械式
机械式水位传感器主要有浮子式水位传感器，浮子式水位传感器具有测验精度高，对水体环境条件要求不高、设备价格低、运行稳定可靠、功耗小等特点，是目前应用最为广泛的水位测验仪器，但是浮子式水位传感器需要修建水位观测平台，如果电站消落深度大，建设水位观测平台对建基面地质条件要求就非常高，建设投资的增加额急剧上升，为了克服这些缺点，广西红水河龙滩水电站，消落深度为53m，采用修建两级水位观测平台的工程措施，有效的降低了水位观测平台建设难度，保证了浮子水位传感器的测量精度和运行地可靠性，但由于库水位的频繁涨落，需要对低水一级水位观测平台的遥测设备进行频繁安装、拆卸，无形加大工作量和运行管理难度。四川雅砻江二滩水电站、岷江紫坪铺水电站、大渡河瀑布沟水电站，库水位消落深度分别为45m、66m、65m，均采取依托大坝枢纽工程修建水位观测平台的方式，有效的降低了水位观测平台的建设难度和独立修建水位观测平台对稳定性、安全性的担忧，但由于监测断面距离枢纽工程太近，近坝水位受枢纽发电引水和泄洪的影响非常大，大大降低了库水位代表性。
多级水位观测平台虽然可以解决消落深度大的问题，也带来运行维护的困难，并且由于多级方案建筑工程投资较大，在进行方案比选时应进行经济评价。
2.2压力式
压力式水位传感器主要包括压阻式、气泡式。
2.2.1压阻式
压阻式水位传感器根据传感器的内部构造可以分为压力式、陶瓷式、振弦式等多种类型，其主要工作原理是基于压力感应测量，水体泥沙含量大时会影响测量精度，加大测验误差。压力式水位传感器不需要建设水位观测平台，只需要铺设管路，减少了建筑工程投资，但运行寿命相对较短，容易遭受雷击，且存在时间漂移、温度漂移、非线性漂移等现象，需要经常进行水位比测和调校才能保证测量精度。四川宝兴河硗碛水电站，消落深度为80m，库水位采集采用了压阻式水位传感器，在由于该电站地区雷暴指数相对较低，并且测站做好了防雷措施，并定期进行水位校测，也取得了较好的实际效果。
2.2.2气泡式
气泡式水位传感器将气管置于水下测量起点，通过气体传递水压力至气泡水位传感器的压力测量单元，然后再转换为水位信号至终端，本质仍属于压力式水位传感器。气泡式水位传感器测量精度高，使用寿命较长，不同量程水位传感器配备齐全，无需修建水位观测平台，只需要铺设相应的管路即可，建筑工程投资少，而且有无零漂、温漂等优点;缺点就是该类水位传感器价格相对较高（目前生产应用主要从国外进口，采购周期长），设备安装调试较复杂，因此维护管理人员素质要求相对较高。
气泡式水位传感器根据供气方式可分为高压气瓶供气和自带气泵供气两种类型。高压气瓶供气型式气泡式水位传感器带有气流恒流装置，因此可在不同水深和气管长度的环境中保证测量精度，高压气瓶供气型气泡式水位传感器在我国的水文工作应用较早，积累了相当丰富的使用经验。自带气泵供气式气泡式水位传感器是近年来投入生产应用的新型水位传感器，除具备高压气瓶供气型气泡式水位传感器的优点外，还具有气嘴不易被泥沙淤埋、无需使用气瓶、运行维护方便等优点。
2.3声、光波
通过声波、光波方式采集水位的主要有：超声波、雷达、激光等。
2.3.1超声波
超声波水位传感器分为接触式和非接触式两种。接触式超声波水位传感器一般将换能器安装于河底，因此受容易遭受河床的冲淤影响，也容易受水体内悬浮物的碰撞和缠绕，而且河流含沙量对超声波影响非常大，导致其应用受到很大的约束。非接触式超声波水位传感器因安装维护简单，不需建设水位观测平台土建投入少，设备接口丰富，因此生产中也得到了一定的应用。
超声波水位传感器的测验量程一般不大（20m以下），受超声波自身特性的影响，测验精度也不很高（一般为0.25%FS左右），适宜在水位变幅不大的河流水位测量中使用，对于变幅较大的河流，该类型水位传感器可能会出现较大的测验误差，另外，受其建筑、安装、测验受环境条件的限制，目前生产应用较少。
2.3.2雷达
雷达水位传感器具有运行寿命长、测验精度高、重复性好、能在异常恶劣的环境中可靠地工作、安装简单方便、无需建设水位观测平台等诸多优点，但是对于测量变幅较大的工程，由于雷达波存在发散角，不适合用于坡度较缓、变幅较大的地方进行水位观测，如果没有找到合适的垂直面，雷达传感器安装的悬臂就需要较长，这样由于风摆的原因、降雨等影响，将带来较大的误差，在大量程电站中应用较少。
2.3.3激光
激光水位传感器具有测量量程大、精度高、测量周期短、体积小、价格低等优点，是一种新型的无机械传动、非接触式水位测量仪器，但是对于测验变幅较大的工程，激光水位传感器需要固定一个反射板，这就要求一个满足变幅要求的直立面，对建筑工程要求较高，并且由于监测断面距离枢纽工程太近，近坝水位受枢纽发电引水和泄洪的影响非常大，大大降低了库水位代表性。
2.4各采集方式优缺点比较
以上各采集方式在生产应用中均取得较好的效果，每一种采集方式均有其优缺点，有些是设备简单，但是需要配套的建筑工程投资很大，有些是设备精密，价格昂贵，需要配套的建筑工程投资较少，从多年的运行经验看，通过压力式传感器的方式进行水位自动采集，不仅从设备单价、配套建筑工程投资、运行的可靠性、运行维护角度均取得较好的效果。
3工程应用实例
毛尔盖位于四川省阿坝藏族自治州黑水县境内，电站挡水大坝坝型为土质心墙堆石坝，大坝上游是1：1.75～1：2.5的斜坡，大坝下游是1：1.8的反坡，电站装机规模为42万 KW，死水位为2063m，正常蓄水位为2133m，消落深度达70m。
该项目由于为土质心墙堆石坝，水工建筑物没有适合安装雷达水位传感器、激光反射板的地方，库区也很难找到适合建设水位观测平台的位置，综合考虑建设地形条件、地质条件、投资规模、运行维护条件等因素，最终采用气泡水位传感器的方案建设，目前国际上气泡水位传感器最大量程为70m，由于应用较少，市场上应用较多的为40m量程，这样可以两级方案进行建设，每级测程40m，两级间有3m的水位衔接，分别是第一级2061.00m～2101.00m，第二级2098.00m～2138.00m。建筑工程布设在上游坝坡上，人工观测水尺、气泡水位计线槽、人工观测梯步统一布置，垂直大坝上游坡面修建。
该项目经过3年多时间的运行，从运行的可靠程度、经济后评价、和运行效果、运行维护的方便些，均取得较好的实践效果，因此该方式目前在全国大消落深度水电工程库水位自动采集中取得了广泛的应用。
地址：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司水资源规划处 手机：18081908070 钟毫忠
[关键词] 库水位 水位自动采集 水位传感器
中图分类号：TV736
1水位自动采集方式概述
库水位自动采集方式的选择不仅涉及到建设投资，也影响到后期运行维护，因此需要综合考虑建设地形条件、地质条件、投资规模、运行维护条件等因素。
目前世界上应用最为广泛、技术成熟的水位自动采集方式主要通过机械式、压力式、波（光波、声波）水位传感器进行水位自动采集，这些传感器主要有：浮子式、压阻式、气泡式、超声波、雷达、激光水位传感器。
2、各采集方式特点
2.1机械式
机械式水位传感器主要有浮子式水位传感器，浮子式水位传感器具有测验精度高，对水体环境条件要求不高、设备价格低、运行稳定可靠、功耗小等特点，是目前应用最为广泛的水位测验仪器，但是浮子式水位传感器需要修建水位观测平台，如果电站消落深度大，建设水位观测平台对建基面地质条件要求就非常高，建设投资的增加额急剧上升，为了克服这些缺点，广西红水河龙滩水电站，消落深度为53m，采用修建两级水位观测平台的工程措施，有效的降低了水位观测平台建设难度，保证了浮子水位传感器的测量精度和运行地可靠性，但由于库水位的频繁涨落，需要对低水一级水位观测平台的遥测设备进行频繁安装、拆卸，无形加大工作量和运行管理难度。四川雅砻江二滩水电站、岷江紫坪铺水电站、大渡河瀑布沟水电站，库水位消落深度分别为45m、66m、65m，均采取依托大坝枢纽工程修建水位观测平台的方式，有效的降低了水位观测平台的建设难度和独立修建水位观测平台对稳定性、安全性的担忧，但由于监测断面距离枢纽工程太近，近坝水位受枢纽发电引水和泄洪的影响非常大，大大降低了库水位代表性。
多级水位观测平台虽然可以解决消落深度大的问题，也带来运行维护的困难，并且由于多级方案建筑工程投资较大，在进行方案比选时应进行经济评价。
2.2压力式
压力式水位传感器主要包括压阻式、气泡式。
2.2.1压阻式
压阻式水位传感器根据传感器的内部构造可以分为压力式、陶瓷式、振弦式等多种类型，其主要工作原理是基于压力感应测量，水体泥沙含量大时会影响测量精度，加大测验误差。压力式水位传感器不需要建设水位观测平台，只需要铺设管路，减少了建筑工程投资，但运行寿命相对较短，容易遭受雷击，且存在时间漂移、温度漂移、非线性漂移等现象，需要经常进行水位比测和调校才能保证测量精度。四川宝兴河硗碛水电站，消落深度为80m，库水位采集采用了压阻式水位传感器，在由于该电站地区雷暴指数相对较低，并且测站做好了防雷措施，并定期进行水位校测，也取得了较好的实际效果。
2.2.2气泡式
气泡式水位传感器将气管置于水下测量起点，通过气体传递水压力至气泡水位传感器的压力测量单元，然后再转换为水位信号至终端，本质仍属于压力式水位传感器。气泡式水位传感器测量精度高，使用寿命较长，不同量程水位传感器配备齐全，无需修建水位观测平台，只需要铺设相应的管路即可，建筑工程投资少，而且有无零漂、温漂等优点;缺点就是该类水位传感器价格相对较高（目前生产应用主要从国外进口，采购周期长），设备安装调试较复杂，因此维护管理人员素质要求相对较高。
气泡式水位传感器根据供气方式可分为高压气瓶供气和自带气泵供气两种类型。高压气瓶供气型式气泡式水位传感器带有气流恒流装置，因此可在不同水深和气管长度的环境中保证测量精度，高压气瓶供气型气泡式水位传感器在我国的水文工作应用较早，积累了相当丰富的使用经验。自带气泵供气式气泡式水位传感器是近年来投入生产应用的新型水位传感器，除具备高压气瓶供气型气泡式水位传感器的优点外，还具有气嘴不易被泥沙淤埋、无需使用气瓶、运行维护方便等优点。
2.3声、光波
通过声波、光波方式采集水位的主要有：超声波、雷达、激光等。
2.3.1超声波
超声波水位传感器分为接触式和非接触式两种。接触式超声波水位传感器一般将换能器安装于河底，因此受容易遭受河床的冲淤影响，也容易受水体内悬浮物的碰撞和缠绕，而且河流含沙量对超声波影响非常大，导致其应用受到很大的约束。非接触式超声波水位传感器因安装维护简单，不需建设水位观测平台土建投入少，设备接口丰富，因此生产中也得到了一定的应用。
超声波水位传感器的测验量程一般不大（20m以下），受超声波自身特性的影响，测验精度也不很高（一般为0.25%FS左右），适宜在水位变幅不大的河流水位测量中使用，对于变幅较大的河流，该类型水位传感器可能会出现较大的测验误差，另外，受其建筑、安装、测验受环境条件的限制，目前生产应用较少。
2.3.2雷达
雷达水位传感器具有运行寿命长、测验精度高、重复性好、能在异常恶劣的环境中可靠地工作、安装简单方便、无需建设水位观测平台等诸多优点，但是对于测量变幅较大的工程，由于雷达波存在发散角，不适合用于坡度较缓、变幅较大的地方进行水位观测，如果没有找到合适的垂直面，雷达传感器安装的悬臂就需要较长，这样由于风摆的原因、降雨等影响，将带来较大的误差，在大量程电站中应用较少。
2.3.3激光
激光水位传感器具有测量量程大、精度高、测量周期短、体积小、价格低等优点，是一种新型的无机械传动、非接触式水位测量仪器，但是对于测验变幅较大的工程，激光水位传感器需要固定一个反射板，这就要求一个满足变幅要求的直立面，对建筑工程要求较高，并且由于监测断面距离枢纽工程太近，近坝水位受枢纽发电引水和泄洪的影响非常大，大大降低了库水位代表性。
2.4各采集方式优缺点比较
以上各采集方式在生产应用中均取得较好的效果，每一种采集方式均有其优缺点，有些是设备简单，但是需要配套的建筑工程投资很大，有些是设备精密，价格昂贵，需要配套的建筑工程投资较少，从多年的运行经验看，通过压力式传感器的方式进行水位自动采集，不仅从设备单价、配套建筑工程投资、运行的可靠性、运行维护角度均取得较好的效果。
3工程应用实例
毛尔盖位于四川省阿坝藏族自治州黑水县境内，电站挡水大坝坝型为土质心墙堆石坝，大坝上游是1：1.75～1：2.5的斜坡，大坝下游是1：1.8的反坡，电站装机规模为42万 KW，死水位为2063m，正常蓄水位为2133m，消落深度达70m。
该项目由于为土质心墙堆石坝，水工建筑物没有适合安装雷达水位传感器、激光反射板的地方，库区也很难找到适合建设水位观测平台的位置，综合考虑建设地形条件、地质条件、投资规模、运行维护条件等因素，最终采用气泡水位传感器的方案建设，目前国际上气泡水位传感器最大量程为70m，由于应用较少，市场上应用较多的为40m量程，这样可以两级方案进行建设，每级测程40m，两级间有3m的水位衔接，分别是第一级2061.00m～2101.00m，第二级2098.00m～2138.00m。建筑工程布设在上游坝坡上，人工观测水尺、气泡水位计线槽、人工观测梯步统一布置，垂直大坝上游坡面修建。
该项目经过3年多时间的运行，从运行的可靠程度、经济后评价、和运行效果、运行维护的方便些，均取得较好的实践效果，因此该方式目前在全国大消落深度水电工程库水位自动采集中取得了广泛的应用。
地址：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司水资源规划处 手机：18081908070 钟毫忠