冬季水位测量装置的制作方法

本申请涉及水务、水文技术领域，更具体地说，涉及一种冬季水位测量装置。

背景技术：

水位是指自由水面相对于某一基面的高程，是非常重要的水文要素，对水量平衡、水资源总量、水环境的分析都有重要的作用。利用水位资料可以推求测站断面过水流量，从而推求某河段水资源总量。水位是防洪和兴利的一个重要控制指标，也是城市、工农业和生态等方面用水的一个重要指标。

冬季北方地区水文测站还是以人工观测水位为主，主要是采用冰镐或电动冰钻进行人工破冰，开凿较大的冰孔以获得自由液面，然后采用测深杆进行水位的测量。冬季冰层较厚，开凿冰孔非常困难，劳动强度大，而且水文要素需在每日特定时刻重复观测，每次重新测量时冰孔又再次结冰，需重新开凿冰孔，给测站人员带来较大的体力考验。且采用测深杆直接进行水位测量时，将测深杆伸入冰孔中，测深杆下端接触矮桩水尺时观测自由水面对应的测深杆刻度，自由水面往往低于冰层上表面，需要采取一个较低的姿势尽可能使视线与自由水面平行，但实际测量中视线总会偏高于自由水面，观测不便且易产生误差。

因此，如何解决现有技术中在冬季长期监测水位时，每次测量均需重新钻孔造成的劳动强度大，人力物力浪费以及观测时读数困难且容易因不能平视自由水面产生误差的问题，是本领域技术人员所要解决的关键技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是冬季长期监测水位时，每次测量均需重新钻孔造成的劳动强度大的问题，和每次观测时读数困难且容易产生误差的问题。为此，本实用新型提供了一种冬季水位测量装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种冬季水位测量装置，包括有贯穿设置在冰层内的外管、位于所述冰层上表面的固定座和垂直于所述冰层且贯穿设置在所述外管内的测杆，所述固定座与所述外管固定，所述测杆的下端设置有用于与水底定位的定位结构，所述测杆沿其延伸方向设置有长度刻度、且零刻度线位于所述测杆的下端，所述测杆的外壁与所述外管的内壁之间形成空腔，所述空腔沿轴向的各处的横截面积均相等，所述空腔设置有定量的检测液；所述外管的下端设置有与所述空腔贯通的开口，且所述开口可开合设置。

可选地，还包括将所述外管上管口密封的防尘盖，所述防尘盖上设置有供所述测杆穿过的通孔。

可选地，所述外管设置有出液管，所述出液管位于所述固定座的上侧。

可选地，所述定位结构为用于与矮桩水尺相抵的定位盘，所述定位盘的下表面与所述测杆的零刻度线重合。

可选地，所述外管下端设置有确保测杆垂直升降的导向结构。

可选地，所述测杆设置有用于测量冰厚的拐尺。

可选地，所述导向结构由导向圈、螺帽构成，所述导向圈设置有供测杆穿过的通孔二和进水孔一，所述螺帽设置有供所述测杆穿过的通孔三和进水孔二，所述螺帽与所述外管通过螺纹连接，所述导向圈压在所述螺帽与所述外管下端面之间固定，所述进水孔一与所述进水孔二对应设置并形成所述开口，所述测杆设置有密封盖，所述密封盖位于所述拐尺与所述测杆接触点的上侧，当所述密封盖随所述测杆移动至与所述螺帽下端面接触时将所述开口密封。

可选地，所述导向结构由导向圈、螺帽构成，所述导向圈设置有供测杆穿过的通孔二，所述螺帽设置有供所述测杆穿过的通孔三，所述螺帽与所述外管通过螺纹连接，所述导向圈压在所述螺帽与所述外管下端面之间固定，所述外管侧部设置有进水管，所述进水管下管口构成所述开口，所述进水管下管口处安装有电磁阀。

可选地，所述定位结构为用于将所述测杆固定于所述水底的锥形结构，所述锥形结构的横截面积沿所述测杆向下逐渐减小。

可选地，所述测杆设置有抽液活塞，所述抽液活塞为弹性材质，当所述抽液活塞随所述测杆位移至所述外管内时，所述抽液活塞的侧部与所述外管的内壁贴合。

本实用新型提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型设置有外管，外管内设置有检测液，检测液凝固点低、密度比水小、不溶于水、无毒、不挥发的，检测液不凝固且漂浮在较深位置的水面上，检测液的凝固点低，使得检测液下面的水得到保温而不凝结成冰。因此：一、获得了永久性的自由液面，只需初次安装时开凿冰孔，之后每次均可直接测量，省去了开凿冰孔的劳动过程，大大减轻了测量人员的劳动强度，节省了人力物力。二、测量水位时，利用检测液附着在测杆上的物理特性，可直接上提测杆观测检测液在测杆上留下的痕迹，间接换算出水位值。相对于采用测尺直接测量时需保持较低的姿势更为简便，且易于视线平视刻度，可有效降低因不能平视自由水面造成的观测误差。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例一示出的本冬季水位测量装置的结构示意图；

图2是实施例二示出的本冬季水位测量装置的结构示意图；

图3是实施例三示出的本冬季水位测量装置的结构示意图；

图4是实施例二中示出的导向圈的结构图；

图5是实施例二中示出的螺帽的结构图；

图6是一些实施例中示出的防尘盖的结构图；

图中：1-手柄，2-防尘盖，3-测杆，4-外管，5-固定座，6-冰层，7-检测液，8-导向圈，9-螺帽，10-水体，11-密封盖，12-定位盘，13-矮桩水尺，14-拐尺，15-进水孔二，16-进水孔一，17-自由水面，18-出液管，19-进水管，20-电磁阀，21-测针，22-抽液活塞，23-通孔一，24-通孔二，25-通孔三。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与本申请的一些方面相一致的装置或方法的例子。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。

参照图1、图2、图3，本实用新型包括有贯穿设置在冰层内的外管4、位于冰层6上表面的固定座5和垂直于冰层6且贯穿设置在外管4内的测杆3，外管4的长度要大于水位测量的量程与检测液的高度和，满足施测最低水位时检测液7不从外管4下开口流入水体10中，固定座5与外管4固定，外管4工作时应保持铅垂状态，测杆3的下端设置有用于与水底定位的定位结构，测杆3沿其延伸方向设置有长度刻度、且零刻度线位于测杆3的下端，测杆3的外壁与外管4的内壁之间形成空腔，空腔沿轴向的各处的横截面积均相等，空腔设置有定量的检测液7，检测液7的高度应大于测站所在地区最大冰厚，满足测量的防冻要求；外管4的下端设置有与空腔贯通的开口，且开口可开合设置。检测液7凝固点低、密度比水小、不溶于水、无毒、不挥发、易附着于固体表面。定位结构与矮桩水尺13上端面接触，(矮桩水尺预先设置在水底，矮桩水尺13上端面相对基面的高程为E)，开口处于打开状态，水进入外管4，检测液7浮在水面上，正常工作状态下，检测液7能随水位升降而自由升降，自由液面可完全代替自由水面17。上提测杆3，检测液7附着在测杆3上面，读出检测液7对应的测杆3上的刻度C。根据连通器原理，和检测液7密度比水低的特性。可知检测液7的上表面位置将高于自由水面17(冬季封冻期的自由水面17不钻冰孔是看不到的但是实际存在的假想面，并非与冰层6下表面重合，冰层6为漂浮在水体10之上，一部分沉入水体10中，一部分露出自由水面17)的位置，且高度差为D，D只与检测液7的体积V、检测液7与水的密度差ρ有关，在检测液7为一定体积V时，高度差D为定值，可在安装之初通过测量获得较为准确的数值D。水位即为C-D+E,(E为矮桩水尺高程)。为观测准确，先将测杆上提一段距离，可将上段部分的附着于测杆3上的检测液7擦回到外管4内，然后下移测杆3使定位盘12接触矮桩水尺13，获得新的清晰的检测液痕迹，然后上提测杆3观测。

冬季过完，结束测量时，将该冬季水位测量装置进行拆除，开凿足够大的冰孔，将开口闭合，将测杆3与外管4一同抬出，将外管4内的检测液7通过外管4上管口倒入容器内，次年可继续使用，同时避免污染环境。

如此设置，之后每次观测时，外管4内的水和检测液7不会凝固，形成自由液面，可直接测量水位，省去了重复钻孔的繁重劳动。因为上提测杆3使检测液的痕迹与视线平行读取刻度，相对于现有技术中测杆3不动，俯身使视线与自由水面17近似平行观测刻度要容易的多且可以减小因现有技术中不能平视自由水面所带来的误差。

还可增加防尘盖2，防尘盖2设置有供测杆3穿过的通孔一23，防尘盖2可采用弹性材质，靠弹性固定于测杆上端不定位置，测量时将防尘盖2向上置于靠近手柄1处不影响测量，当天测量完成后将防尘盖2向下置于外管4上端盖上外管。如此可防止杂物进入外管4内，造成检测液7体积的变化，产生测量误差。防尘盖2也可用来快速刮下附着于测杆3上的检测液使之快速流入外管4中，减少测量误差。

外管4可设置有出液管18，出液管18位于固定座5上侧。拆除测量装置时，可将检测液7通过出液管18倒入容器内，不易洒落，倾倒方便。

定位结构可以为定位盘12，定位盘12的下表面与测杆3的零刻度线重合。定位盘12面积较大，易于定位到矮桩水尺13的上表面处。

外管4下端可设置有确保测杆3垂直升降的导向结构，导向结构可以为直线轴承组件等，防止测杆3倾斜使检测液7附着于测杆的痕迹不水平造成误差。

测杆3还可设置有测量冰厚的拐尺14，拐尺14一端固定于测杆3上，另一端悬空，悬空的一端到测杆3的水平距离大于外管4的半径。则该装置增加了测量冰厚的功能。

参考图1，一种具体的实施例包括外管4，外管4设置有固定座5和出液管18，固定座5、出液管18为焊接在外管4上且出液管18位于固定座5上侧，固定座5为两个长方体对称焊接于外管4两侧，外管4下端通过螺纹连接有螺帽9，导向圈8被压在外管4下端面与螺帽9之间固定，导向圈8设置有通孔二24和四个进水孔一16，螺帽9设置有通孔三5和四个进水孔二15，进水孔一16和进水孔二15对应设置，形成开口，供水进入外管4内，外管4内贯穿设置有测杆3，测杆3设置有密封盖11和定位盘12，定位盘12位于测杆3的下端，定位盘12、密封盖11均为焊接或通过螺纹连接在测杆3上，密封盖11上端面到螺帽9下端面的距离大于最低水位时检测液7上液面到外管4上端面的距离，以满足能将测杆3提到检测液痕迹高于外管4上端面时而不会使密封盖11接触螺帽9，从而保证最低水位的测量；测杆3上端通过螺纹连接有手柄1，手柄1设置有螺纹孔，测杆3设置有外螺纹。测杆3还可设置有用于测量冰厚的拐尺14，拐尺14成L形，拐尺14水平部分固定于密封盖11下侧，拐尺14上端面与密封盖11上端面的距离大于螺帽9下端面到固定座5下端面的距离，以满足测量较小冰厚时，密封盖11不会接触到螺帽9。且拐尺14竖直部分上端面距离最大冰厚时冰层6下表面的距离大于最低水位时检测液上液面到外管4上端面的距离，以满足能将测杆3提升到代表水位刻度的检测液痕迹高于外管上端面时拐尺14不会接触到冰层6的下表面。拐尺14水平部分的长度大于外管4的半径且小于固定座5长度的一半。该实施例具有测量水位和冰厚两种功能。

初次安装时需开凿足够大的冰孔，将测杆3垂直伸入冰孔中，至定位盘12接触矮桩水尺13(矮桩水尺预先设置在水底，相对于某基面的高程为E)，将外管4通过通孔二(24)，通孔三(25)套住测杆3伸入冰孔中至固定座5下表面与冰层6上表面接触，外管4得到初步固定，此时有水进入外管4内腔，在外管4内加入定量的检测液7，检测液7凝固点低、密度比水小、不溶于水、无毒、不挥发,此处可选防冻油作为检测液7，盖上防尘盖2，安装上手柄1。一段时间后冰孔内的水重新结冰将外管4冻在冰层6里。

测量水位时，需将防尘盖2打开，上提测杆3读出检测液痕迹对应的测杆3上的刻度C。根据连通器原理，和检测液密度比水低的特性。可知检测液的上表面位置将高于自由水面17(冬季封冻期的自由水面17不钻冰孔是看不到的，是实际存在的假想面，并非与冰层6下表面重合，冰层6为漂浮在水体10之上，一部分沉入水中，一部分露出自由水面17)，且高度差为D，D只与检测液的体积V、检测液与水的密度差ρ有关，在检测液为一定体积V，外管4内壁与测杆3外壁形成的空腔的横截面积处处相等时，高度差D为定值，可在安装之初通过测量获得较为准确的数值。(初次安装时，分别测出冰孔内自由水面17与外管4内检测液上液面到外管4上端面的距离，作差得出D。)水位即为C-D+E,(E为矮桩水尺13相对于某一基面的高程)。为观测准确可先将测杆上提一段距离，将上段部分的附着于测杆3上的检测液擦回到外管4内，然后下移测杆3使定位盘12接触矮桩水尺13，获得新的清晰的检测液痕迹，然后上提测杆3观测。

该冬季水位测量装置还可测量冰厚：初次安装时，记录下当拐尺14竖直部分上端面与固定座5下表面重合时(即冰层厚度为0时)，外管4上端面对应测杆3的刻度为A。测量冰厚时，上提测杆3，待到拐尺14上端面接触冰层6下表面时，读出外管上端面对应的测杆3的刻度B,冰层厚度即为B-A。需要说明的是，外管4是冻在冰层里的，随冰层一起上下移动，且冰层6上表面与固定座5的下表面始终重合，冰层6上表面的蒸发可忽略不计。

冬季过完，结束测量时，将该冬季水位测量装置进行拆除，开凿足够大的冰孔，上提测杆3至密封盖11与螺帽9接触时，密封盖11将进水孔二封住，一起将外管4，测杆3抬出水面，将外管4的检测液通过出液管18倒入储油容器内，次年可继续使用，同时避免污染环境。

如此设置，之后每次观测时，外管4内的水和检测液7不会凝固，形成自由液面，可直接测量冰厚、水位，省去了重复钻孔的繁重劳动。因为上提测杆3使检测液痕迹刻度与视线平行，相对于现有技术中测杆3不动，俯身使视线与自由水面17平行观测刻度要容易的多且可以减小因现有技术中不能平视自由水面所带来的误差。

参考图2，该实施例为外管4上设置有进水管19，进水管19为焊接在外管4上，进水管19的下管口安装有电磁阀20，电磁阀20与进水管19为螺纹连接，外管4下端通过螺纹连接有螺帽9，导向圈8被压在外管4下端面与螺帽9之间固定，导向圈8设置有通孔二24，螺帽9设置有通孔三25，导向圈8为弹性材质，通孔二24与测杆3为过盈配合，但可相对移动，通孔三25与测杆3为间隙配合。拐尺14竖直部分的长度大于螺帽9下端面到固定座5下端面的距离，以满足测量较小冰厚时，拐尺14的水平部分不会接触到螺帽9。拐尺14的水平部分到螺帽9下端面的距离大于最低水位时检测液上液面到外管4上端面的距离，拐尺14上端面到最大冰厚时冰层6下表面的距离大于检测液上液面到外管4上端面的距离，以满足能将测杆3提到检测液痕迹高于外管4上端面时而不会使拐尺14的水平部分接触螺帽9且拐尺14上端面不会接触到冰层6下表面。如此设置进水管19下管口构成了开口，通过电磁阀20进行开合。

冬季过完，结束测量拆除该装置时，闭合电磁阀20，将测杆3，外管4一同取出，将检测液倒入储油容器中。如此设置，密封性好，可进一步防止检测液7被升降的测杆3带进水体10中。

参考图3，该实施例中测杆3下端为锥形结构，测杆3上设置有抽液活塞22，抽液活塞22为弹性材质，测杆3上设置有凹槽，抽液活塞22上设置有通孔，通孔与测杆3上的凹槽直径相等，凹槽直径小于测杆3的直径，抽液活塞22的厚度与凹槽宽度相等，抽液活塞22卡在凹槽里固定。安装时将测杆3插入水底固定，此装置不需事先安装矮桩水尺13。通过测站水准点，利用水准仪可测出测杆3上端面相对于某基面的高程H,安装外管4，加入定量的检测液，检测液的高度应大于测站所在地区最大冰厚，满足测量的防冻要求。测量时将防尘盖2打开。将测针21伸入外管内，测针21上端与测杆3上端面平行，下端伸入检测液中，取出测针21，读出检测液痕迹到测针21上端的距离L，水位即为H-L-D(D为检测液上液面与自由水面17的高度差，初次安装时需测量好)。

冬季过完，结束测量拆除该装置时，将测杆3从水底拔出，上提过程中，抽液活塞22进入到外管4内侧，与外管4内壁贴合，继续上提测杆3，抽液活塞22,将拖住外管4内的水和检测液使之上移，并从出液管18流出进入储油容器中。然后将外管4和测杆3取出即可。此装置结构简单，测量精度高且方便，回收检测液较为容易。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。