مقياس مياه البوبلر: مبدأ العمل، متطلبات التركيب

مقياس متروفون للمياه: مبدأ العمل، وشروط التركيب والتطبيقات الهيدرولوجية

ومقياس مستوى مياه البوبلر هو نظام غير مباشر لقياس مستوى الهيدروستاتيكات يستخدم على نطاق واسع في الأنهار، والمستودعات، والقنوات، ونظم الري، والبركات، والتطبيقات الهيدرولوجية الأخرى.

يمكن أن يظل مستشعر الضغط والمعدات الإلكترونية على الشاطئ أو داخل محطة المراقبة، بينما لا يتعرض للماء سوى أنبوب الغاز والفتحة المغمورة. ويجعل هذا الترتيب المكونات الإلكترونية الرئيسية أسهل في الحماية والصيانة والاستبدال.

The system supplies air or another suitable gas to an orifice fixed at a known elevation below the water surface. والضغط اللازم لتصريف الغاز من خلال الأورام المغمورة يتوافق بشكل وثيق مع الضغط الهيدروستاني فوق الأوركة. This pressure is converted into water depth and then into water-surface elevation.

1 كيف يعمل نظام ماء بوبلر؟

إمدادات الغاز

والمضخة، والمصدر المضغوط، أو غير ذلك من مصادر الغاز المناسبة يزود الغاز بالخط.

Submerged Orifice

وتتدفق الغازات من خلال الحوض إلى أوصاف ثابتة تحت سطح الماء عند ارتفاع معروف.

قياس الضغط

وكلما عمق الماء فوق الصخرة، كلما زاد الضغط اللازم لتصريف الغاز.

التحويل على مستوى المياه

ويحوَّل الضغط المقيس إلى عمق الماء ويقترن بارتفاع الأورام المعروفة.

2. كيف يتم تحويل الضغط إلى ماء ديبث؟

وفي ظل الظروف المائية المثالية، يمكن التعبير عن الضغط المطابق لعمود المياه فوق الصخرة على أنه:

P = ©

حيث:

• P= الضغط الهيدروستاني؛

• ρ= كثافة المياه؛

• g= التسارع الجاذبي المحلي؛

• h"عمق الماء فوق الأورام"

ولذلك:

h = P / (ρg)

إذا كان ارتفاع الأورام الثابتZ₀ارتفاع سطح الماء

Z = Z₀ + h

وفي حالة استخدام جهاز استشعار للضغط المطلق، يجب أيضا النظر في الضغط الجوي. ويمكن أن يوفر قياس الغوغاء أو التفاضلي ضغطاً على المياه - الخريجة مقارنة بالغلاف الجوي بشكل مباشر أكثر.

ملاحظة هندسية:ويمكن أن تشمل نظم البوبلر الحقيقية خسائر ضغط صغيرة ناجمة عن تدفق الغاز، واحتكاك الحوض، وتشكيل فقاعة في الرصيف. (ب) ينبغي أن تتبع المنشآت العالية الدقة الصك رقم 93؛ واجراءات التعويض والتقدير الميداني بدلاً من افتراض أن الضغط الخطي يساوي دائماً الضغط الهيدرولوجي النظري.

3 ما هو (كونستانت فلو بوبلر)؟

ويزود جهاز التعبئة المستمر الغاز بسعر منخفض ومتحكم به. ومع تغير مستوى المياه، يتغيّر الضغط الكهرمائي على الصخور، ويكيف ضغط الغاز تبعا لذلك.

وتشمل الخصائص الرئيسية ما يلي:

• (أ) التتبع المستمر لمستوى المياه؛

• (أ) استمرار تدفق الغاز الخارجي الذي يساعد على الحد من دخول المياه إلى الأنبوب؛

• (أ) ملاءمة المحطات الهيدرولوجية الثابتة والمستودعات الطويلة الأجل أو رصد الأنهار؛

• الحاجة إلى ضبط ثابت للتدفق ونظام للغاز خال من التسرب

4 كيف يعمل البوبلر المتقطع؟

وتظل بعض نظم البوبلر ذات الطاقة المنخفضة في حالة استعداد بين القياسات. وعندما تكون هناك حاجة إلى قراءة، تبدأ المضخة وتضغط على الحوض وتنظفه، وتعيد تصريف الغاز الطبيعي في أورشة الغواصة، ثم تسجل الضغط بعد فترة الاستقرار المطلوبة.

ويمكن للصك بعد ذلك أن يعود على أهبة الاستعداد لخفض متوسط استهلاك الطاقة في محطات البطاريات أو محطات الطاقة الشمسية.

ولذلك، من الأدق وصف هذه العملية بأنهاالضغط المتقطع، التطهير، الاستقرار، القياسوبدلا من مجرد " وضع المضخة والانتظار إلى أن يتوقف كل التنظيف. "

5 لماذا موقف الأورايسي؟

والأورام المغمورة هي النقطة المرجعية المادية للنظام. وأي تغيير في ارتفاعه يؤدي إلى خطأ مناظر في مستوى المياه.

ومن ثم، ينبغي أن تكون الأوصاف كما يلي:

• (ب) أن تكون مثبتة بشكل آمن ضد الحطام الحالي العائم والفيضانات؛

• (أ) أن يكون لها ارتفاع معروف وموثق؛

• (أ) أن تظل عادة دون الحد الأدنى المتوقع للمياه؛

• :: تجنب المواقع الخاضعة لدفن الرواسب الشديد؛

• تجنب التعرض المباشر للتدفق العالي السرعة حيثما أمكن.

6. لماذا يتطلّب (فاست ريفر) اهتماماً خاصاً؟

يُقصد من نظام البوبلر قياسهالضغط المائي الثابت. وإذا كانت المياه السريعة تعمل مباشرة على أورام مكشوفة، فإن الضغط الدينامي يمكن أن يخلق خطأ في القياس.

الموقع المستقر

اختيار موقع تمثيلي له مستوى مائي مستقر نسبياً وتقلل من اضطراب التدفق حيثما أمكن.

الترتيب الثابت للطباعة

وقد تتطلب القنوات العالية السرعة تشكيلة مناسبة من أوصاف الضغط الثابتة.

تجنّب (دايناميكي)

ويمكن أن يؤدي الفتح المكشوف الذي يواجه التدفق أو يعارضه إلى أخطاء إيجابية أو سلبية في ضغط السرعة.

7. لماذا يجب على خط الغاز أن ينحدر بشكل مستمر نحو الأورشية؟

The gas tubing should, where practical, maintain a continuous downward slope from the instrument station toward the submerged orifice. ويتمثل الهدف أساسا في تجنب النقاط المنخفضة التي يمكن فيها تراكم الكثافة أو المياه.

يمكن للماء المتراكم أن:

• - زيادة فقدان الضغط؛

• (أ) أن تسبب قراءة غير مستقرة أو عالية المستوى؛

• - تجميد ووقف خط الطقس البارد؛

• (أ) تقييد تدفق الغاز؛

• زيادة حجم المضخات

ومن ثم ينبغي أن يتفادى الطريق الأقسام التي لا لزوم لها.

8 هل (جاس توبي) و (كوندوت) الحامية نفس الشيء؟

لا

ومن ثم، ليس من المناسب القول إن أن أنبوب القياس نفسه يجب أن يكون دائماً محفزاً أو أنبوباً لا يصق. وكثيراً ما يكون أنبوب الغاز وقناته الواقية مكونين منفصلين.

9. هل يمكن لخط الغاز أن يدفن؟

نعم وتبعا لظروف الموقع، يمكن دفن الخط، أو توجيهه عبر القناة، أو تثبيته على طول هيكل مستقر.

وتشمل الاعتبارات الهامة ما يلي:

• تجنب التسوية الأرضية التي تسحب الأنبوب أو تحطمه؛

• (أ) منع وجود مياه دائمة طويلة الأجل داخل قناة الحماية؛

• تجنب النحاس الحاد والغطاء المسطح؛

• الحفاظ على إمكانية الوصول إلى التفتيش أو الاستبدال؛

• حماية الطريق من المركبات وأعمال البناء والحيوانات

10 كيف يتم منع قفل الرواسب؟

ويمكن لمواقع النهر والمستودعات أن تحتوي على الطين والطحالب والنمو البيولوجي والرواسب الجميلة. وإذا تحولت الأورام المغمورة إلى محاصرة، يمكن للضغط الخطي أن يزيد ويسبب قراءات غير صحيحة.

وتشمل التدابير الممكنة ما يلي:

• تجنب مناطق الرواسب الواضحة؛

• (أ) استخدام ترتيب مناسب للأورام أو ترتيب ثرثرة؛

• (أ) فحص الأورام بصورة دورية؛

• (أ) استخدام وظائف عالية التدفق أو ذات ضغط عال حيثما تدعم؛

• إعادة توزيع الركاز إذا ما استمر دفن الرواسب.

11 ما الذي يجب أن يُعتبر في ظروف التجميد؟

ولا ينبغي للمنشآت الباردة أن تنظر في الجليد السطحي فحسب، بل أيضاً في التجميد داخل أنبوب الغاز.

الجليد داخل الخط يمكن أن يسبب:

• (أ) منع الحمل؛

• - ضغط خطي مرتفع بشكل غير عادي؛

• زيادة حجم المضخات؛

• عدم تفريغ الفقاعات عادة.

ولذلك ينبغي النظر في وضع منحدر خطي، وجفاف الغاز، وموقع الأورام، وتجميد الحماية في مواقع منخفضة الحرارة.

12 كيف يجب حماية النظام خلال الفيضانات؟

ويمكن وضع المعدات الإلكترونية الرئيسية فوق مستوى الفيضان المتوقع أو حماية أخرى، غير أن الحوض تحت الماء والأورام والهيكل التثبيتي لا يزالان معرضين لسرعات عالية، وللحطام، والرواسب، والتحات المصرفية.

وينبغي أن ينظر التركيب في ما يلي:

• تحديد موقع المحطة فوق مستوى الفيضان التصميمي أو توفير حماية مماثلة؛

• الحماية الميكانيكية لطرق الحوض الحرجة؛

• (أ) إصلاح قوي للأورام المغمورة؛

• :: تجنب المصارف غير المستقرة أو المتآكلة بسهولة؛

• التحقق من مستوى القياس والارتقاء بالأورام بعد أحداث الفيضانات الرئيسية عند الاقتضاء.

13 هل نظام البوبلر يتطلب التعويض في الغلاف الجوي؟

هذا يعتمد على طريقة الضغط جهاز استشعار ضغط قياسي يشير إلى الضغط الجوي المحلي مباشرة

وفي حالة استخدام جهاز استشعار للضغط المطلق، يتعين عادة قياس الضغط الجوي أو تعويضه بحيث يمكن تحديد الضغط الفعلي على المياه.

فبعض نظم البوبلر تقيس الضغط الجوي والضغط على خط الفقاعات وتحسب الفرق.

14 ما هي أهم مزايا قياس مستوى بوبلر؟

الإلكترونيات المتبقية

ويمكن أن يبقى جهاز استشعار الضغط والمضخة والسجل في المحطة بدلا من تحت الماء.

الصيانة الملائمة

ويمكن توفير الخدمات للمكونات الإلكترونية الرئيسية دون استعادة جهاز استشعار إلكتروني مغمور.

مناسبة للهيدرولوجيا الطويلة الأجل

ويمكن لنظم البوبلر أن تدمج مع أجهزة تسجيل الدخول، والوحدات الإقليمية، وأجهزة القياس عن بعد لمراكز الرصد الدائمة.

بسيطة تحت الماء

ويمكن أن يظل الجزء المغمور بسيطا ميكانيكيا ويمكن الحفاظ عليه عن طريق التطهير.

15. ما هي حدود أنظمة البوبلر؟

• ولا بد من وجود مصدر للضخ أو الغازات المضغوطة؛

• يمكن أن يسبب تسرب الغاز أخطاء في القياس؛

• (أ) يمكن أن يؤثر التكثيف، أو التجميد، أو الغلق على الأداء؛

• وتخلق حركة الأورام خطأ في المستوى المباشر؛

• ويمكن أن يؤثر الضغط الدينامي للتدفق السريع على الأورام المعرضة؛

• وقد يلزم إجراء تفتيش وتطهير دوريين.

أما بالنسبة لسطح المياه المفتوحة الميسرة، فيمكن أيضا تقييم قياس مستوى الرادار أو أجهزة الإرسال الهيدروكية المغمورة حسب ظروف الموقع.

16. كيف يتم دمج نظام (بابلر) في نظام الرصد عن بعد؟

وتبعاً للنظام، تشمل الوصلات البينية المشتركة ما يلي:

• ٤-٠٢ ميغاواط؛

• RS485/Modbus RTU؛

• SDI-12;

• وصلات بيانات هيدرولوجية أخرى.

ومن ثم يمكن لسجل البيانات أو للوحدة الإقليمية نقل البيانات على مستوى المياه من خلال 4G، أو LoRaWAN، أو Ethernet، أو من خلال شبكة أخرى للقياس عن بعد إلى SCADA، أو منصة هيدرولوجية، أو قاعدة بيانات للمستعملين.

17 البارامترات التقنية النموذجية

القيم التالية هي:المراجع العامة للاختيار الصناعي والهيدرولوجيوهي ليست مواصفات عالمية لكل نموذج من نماذج " ميرتون " .

مقياس مستوى مياه بوبلر

السؤال 1: هل تقيس الأداة بشكل مباشر الضغط أو مستوى المياه؟

A: The pressure sensor directly measures gas-line pressure. ثم يحول الصك هذا الضغط إلى عمق المياه ومستوى المياه.

Q2: هل الضغط الخطي يساوي دائما بالضبط الضغط الهيدروستاني النظري؟

ليس تماماً إن احتكاك التوأم وتدفق الغاز وتكوين الفقاعات يمكن أن يخلق عناصر ضغط إضافية صغيرة.

Q3: لماذا يستمر نظام التدفق المستمر في إنتاج الفقاعات؟

ألف: يسمح تدفق الغاز المراقَب إلى الخارج بتتبع الرأس الهيدروستاني بينما يساعد على منع المياه من دخول الحوض.

هَلْ a متقطع يَنتظرُ ببساطة حتى يَتوقّفُ الثرثرةَ بالكامل؟

ألف: ليس بالضرورة. وتضغط النظم النموذجية على الخط ثم تقيسه في حالة مستقرة محددة وفقا لمنطق التحكم في الصك.

Q5: لماذا يجب أن ينزل المنحدر باستمرار؟

ألف: على وجه الخصوص منع التكثيف من التجمّع في نقاط متدنية وخلق ضغوط إضافية أو إعاقة.

السؤال 6: ما الذي ينبغي القيام به إذا كان الرواسب تحجب الركاز؟

A: Purging, clean, or relocation may be required. ويعني الترسبات المستمرة أنه ينبغي إعادة تقييم موقع التركيب.

السؤال 7: هل يمكن لسرعة النهر أن تؤثر على القياس؟

نعم التدفق المرتفع الذي يتصرف مباشرة على الأورام يمكن أن يخلق خطأً دينامياً وينبغي استخدام موقع أو هيكل يمثل ضغطا ثابتا.

هَلْ a bubbler مناسب للمحطاتِ بالطاقة الشمسيةِ؟

ألف: نعم، ولكن لا بد من تركيب الألواح والبطارية الشمسية في حالة بدء تشغيل المضخات، وفترة أخذ العينات، وسجل البيانات، ومعدات الاتصال.

السؤال 9: ما الفرق بين جهاز إرسال من طراز بوبلر وجهاز إرسال من مستوى الضغط المغمور؟

A: A submersible sensor places the pressure sensor underwater. ويحتفظ البوبلر بمستشعر الضغط والإلكترونيات على الشاطئ ويقيّم مستوى المياه بصورة غير مباشرة عبر خط الغاز.

Q10: ما هي المعلومات التي تحتاجها شركة ميرتفون لاختيار البوبلر؟

ألف: يرجى توفير الحد الأدنى والحد الأقصى لمستوى المياه، والتفاوت الكلي، وموقع الأورام المقترح، وسرعة الأنهار، وظروف الرواسب، وطول الحوض، والحد الأدنى لدرجات الحرارة المحيطة، والإمداد بالطاقة، وفترة أخذ العينات، والوصلات البينية للاتصالات، ومتطلبات حماية الفيضانات.

خاتمة

ويقيس مقياس مستوى مياه البوبلر ضغط الغاز اللازم للتغلب على الضغط الهيدروستاني عند أوصية مرجعية مغمورة. ويحوَّل هذا الضغط إلى عمق الماء ويقترن بارتفاع الأورام المعروفة لتحديد مستوى المياه.

فالدقة الطويلة الأجل لا تتوقف على مستشعر الضغط فحسب، بل أيضا علىالارتفاع المستقر في الأورام، وظروف الضغط الثابتة، وختم خط الغاز، والمنحدرات المخفضة المستمرة، ومراقبة الرواسب، والحماية من التجميد، والتركيب المقاوم للفيضانات.

ويمكن تشكيل نظم " ميترافون " وفقا لنطاق مستوى المياه، وطول الحوض، والإمداد بالطاقة، وتواتر أخذ العينات، ومتطلبات الاتصال. ويعتبر التركيب الصحيح للأورام وسلامة الغاز الطويل الأجل أمرا أساسيا للرصد الهيدرولوجي الموثوق به.