□蘇本生 蘇 醒

肇源水位站設(shè)立于1962年，是松花江下游控制站，集水面積363923km2。測(cè)驗(yàn)河段為復(fù)式河槽，河床由細(xì)砂組成。水位信息一直靠人工觀測(cè)，但人工觀測(cè)難以做到迅速、及時(shí)、準(zhǔn)確地向各級(jí)防汛部門傳遞水位信息。針對(duì)該站河流特性和測(cè)驗(yàn)斷面河岸不穩(wěn)定的實(shí)際情況，綏化水文局于2010年為肇源水位站從哈爾濱萬(wàn)達(dá)華科技發(fā)展有限公司引進(jìn)WL-03系列精密氣泡式水位計(jì)，本文就儀器的有關(guān)情況進(jìn)行介紹，并對(duì)運(yùn)行情況進(jìn)行分析。

一、氣泡式水位計(jì)工作原理

WL-03系列精密氣泡式水位計(jì)將空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器過(guò)濾、凈化后，氣泵將空氣經(jīng)單向閥壓入儲(chǔ)氣罐中，儲(chǔ)氣罐中的氣體分兩路分別向壓力控制單元中的壓力傳感器和通入水下的通氣管中輸送，當(dāng)氣泵停止吹氣時(shí)，單向閥閉合，水下通氣管口被氣體封住。從而形成了一個(gè)密閉的連接壓力傳感器和水下通氣管口的空腔。根據(jù)壓力傳遞原理可知，在通氣管道內(nèi)的氣體達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，水下通氣管口所承受的壓力經(jīng)過(guò)通氣管傳遞到壓力控制單元的壓力傳感器上。所以，水下通氣管口的壓力和壓力控制單元的壓力傳感器所承受的壓力相等，用此壓力值減去大氣壓力值，即可得到水頭的凈壓值，從而便可得出測(cè)量水位值。

二、氣泡式水位計(jì)用途

WL-03系列精密氣泡式水位計(jì)具有高度的靈活性和廣泛的適應(yīng)性。

(一)河流水位、明渠水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)。(二)水庫(kù)壩前、壩下尾水水位監(jiān)測(cè)。(三)調(diào)壓塔(井)水位監(jiān)測(cè)。(四)潮位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和誠(chéng)實(shí)供水、排污水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

三、氣泡式水位計(jì)的突出性能與創(chuàng)新點(diǎn)

WL-03精密氣泡式水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的突出性能在于：可以在嚴(yán)寒水面結(jié)冰、風(fēng)浪大、高溫、高濕及泥沙含量大等十分惡劣的條件下長(zhǎng)期、穩(wěn)定的工作，并能保證足夠的精確度。

WL-03系列精密氣泡式水位計(jì)較目前國(guó)內(nèi)外通常采用的氣泡式水位計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于：

(一)獨(dú)特的氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì)及高質(zhì)量元器件的采用，確保了該系統(tǒng)的足夠測(cè)量精度及長(zhǎng)期工作的可靠性；(二)采用物理、化學(xué)性能十分穩(wěn)定的瓶裝純氮?dú)庾鳛闇y(cè)量壓力的載氣，從而避免受停電、空氣潮濕、水生物滋生等多種外界因素對(duì)測(cè)量精度的影響；(三)采用獨(dú)特的新型機(jī)械——電子濾波器，可簡(jiǎn)便而有效地在實(shí)施測(cè)量時(shí)消除水面波浪對(duì)傳感器接收信號(hào)的干擾；(四)無(wú)需建測(cè)井，可大量節(jié)省土建費(fèi)用；(五)選配了先進(jìn)的記錄儀，保證數(shù)據(jù)可采取多種通信方式(GPRS、超短波、衛(wèi)星等)進(jìn)行遙測(cè)、遙控并按要求報(bào)出實(shí)時(shí)水位及歷史水位的數(shù)據(jù)、曲線等，操作十分方便。

四、觀測(cè)成果分析

肇源水位站安裝的氣泡式水位計(jì)自2010年8月1日開始使用，現(xiàn)將2010年8月2日～8月31日運(yùn)行情況分析如下：以人工觀測(cè)水位與氣泡式水位計(jì)實(shí)測(cè)水位資料為例，見(jiàn)氣泡式水位計(jì)與人工觀測(cè)水位對(duì)比表1。

從表1中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，氣泡式水位計(jì)遙測(cè)與人工觀測(cè)水位，差值>2cm的有3次，出現(xiàn)的機(jī)率為1.7%；差值在±2cm的有14次，出現(xiàn)機(jī)率為8.1%；差值在±1cm的有91次，出現(xiàn)機(jī)率為52.9%；差值在0的有64次，出現(xiàn)機(jī)率為37.2%。時(shí)鐘誤差1個(gè)月累計(jì)誤差為2s，經(jīng)下列公式計(jì)算可知：

式中： Pyi為自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位；Xz為綜合不確定度；Pi為人工校測(cè)水位；N為校測(cè)次數(shù)；為系統(tǒng)不確定度；隨即不確定度。

系統(tǒng)不確定度為0.27cm，隨機(jī)不確定度為1.93cm，置信水平95%的綜合不確定度為1.94cm，<3cm，肇源水位站2010年汛期所采集到的水位資料達(dá)到水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)精度要求。

把人工觀測(cè)水位資料和氣泡式測(cè)量到的水位資料當(dāng)作是兩個(gè)獨(dú)立系列，分析兩系列相關(guān)關(guān)系的密切程度(回歸方程式)。由于兩系列的點(diǎn)據(jù)多，經(jīng)電腦分析，兩系列的相關(guān)系數(shù)為1.00，表示兩系列的相應(yīng)點(diǎn)均基本落在回歸線上，表明它們之間的關(guān)系最為密切(見(jiàn)氣泡式水位與人工觀測(cè)水位相關(guān)圖)，回歸方程為：

式中：ZX為人工觀測(cè)水位，m；ZY為氣泡式水位，m。

從回歸方程和關(guān)系圖可以看出：WL-03系列精密氣泡式水位計(jì)測(cè)定的結(jié)果與人工觀測(cè)的結(jié)果非常接近，只需按照上式進(jìn)行訂正就可滿足規(guī)范要求，說(shuō)明該儀器精度較高，性能較好。

氣泡式水位計(jì)與人工觀測(cè)水位對(duì)比表

五、結(jié)束語(yǔ)

肇源水位站是綏化市水位測(cè)站中第一個(gè)應(yīng)用氣泡式水位自動(dòng)采集水位信息的水位站，通過(guò)對(duì)WL-03系列精密氣泡式水位在2010年汛期的實(shí)際應(yīng)用分析可以看出，WL-03系列精密氣泡式水位的測(cè)量精度完全符合《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》要求，其穩(wěn)定性能滿足生產(chǎn)要求，它能實(shí)時(shí)量測(cè)水位，在室內(nèi)即可監(jiān)視水位變化，為搶測(cè)洪峰提供準(zhǔn)確的水位數(shù)據(jù)，極大地提高了水文測(cè)驗(yàn)的工作效率；同時(shí)氣泡式水位計(jì)具有不需要建測(cè)井、觀測(cè)迅速、方便、省時(shí)、省力、造價(jià)低的特點(diǎn)，既經(jīng)濟(jì)實(shí)惠又有遠(yuǎn)程通訊功能，可與計(jì)算機(jī)連接，向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，在全市高含沙量的河流中有良好的應(yīng)用前景。