氣泡式水位計在肇源水位站中的應(yīng)用

□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。測驗河段為復(fù)式河槽，河床由細砂組成。水位信息一直靠人工觀測，但人工觀測難以做到迅速、及時、準(zhǔn)確地向各級防汛部門傳遞水位信息。針對該站河流特性和測驗斷面河岸不穩(wěn)定的實際情況，綏化水文局于2010年為肇源水位站從哈爾濱萬達華科技發(fā)展有限公司引進WL-03系列精密氣泡式水位計，本文就儀器的有關(guān)情況進行介紹，并對運行情況進行分析。

一、氣泡式水位計工作原理

WL-03系列精密氣泡式水位計將空氣通過空氣過濾器過濾、凈化后，氣泵將空氣經(jīng)單向閥壓入儲氣罐中，儲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，單向閥閉合，水下通氣管口被氣體封住。從而形成了一個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)的氣體達到動態(tài)平衡時，水下通氣管口所承受的壓力經(jīng)過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，從而便可得出測量水位值。

二、氣泡式水位計用途

WL-03系列精密氣泡式水位計具有高度的靈活性和廣泛的適應(yīng)性。

(一)河流水位、明渠水位自動監(jiān)測。(二)水庫壩前、壩下尾水水位監(jiān)測。(三)調(diào)壓塔(井)水位監(jiān)測。(四)潮位自動監(jiān)測系統(tǒng)和誠實供水、排污水位監(jiān)測系統(tǒng)。

三、氣泡式水位計的突出性能與創(chuàng)新點

WL-03精密氣泡式水位監(jiān)測系統(tǒng)的突出性能在于：可以在嚴寒水面結(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較目前國內(nèi)外通常采用的氣泡式水位計的創(chuàng)新點在于：

(一)獨特的氣路系統(tǒng)設(shè)計及高質(zhì)量元器件的采用，確保了該系統(tǒng)的足夠測量精度及長期工作的可靠性；(二)采用物理、化學(xué)性能十分穩(wěn)定的瓶裝純氮氣作為測量壓力的載氣，從而避免受停電、空氣潮濕、水生物滋生等多種外界因素對測量精度的影響；(三)采用獨特的新型機械——電子濾波器，可簡便而有效地在實施測量時消除水面波浪對傳感器接收信號的干擾；(四)無需建測井，可大量節(jié)省土建費用；(五)選配了先進的記錄儀，保證數(shù)據(jù)可采取多種通信方式(GPRS、超短波、衛(wèi)星等)進行遙測、遙控并按要求報出實時水位及歷史水位的數(shù)據(jù)、曲線等，操作十分方便。

四、觀測成果分析

肇源水位站安裝的氣泡式水位計自2010年8月1日開始使用，現(xiàn)將2010年8月2日～8月31日運行情況分析如下：以人工觀測水位與氣泡式水位計實測水位資料為例，見氣泡式水位計與人工觀測水位對比表1。

從表1中統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，氣泡式水位計遙測與人工觀測水位，差值>2cm的有3次，出現(xiàn)的機率為1.7%；差值在±2cm的有14次，出現(xiàn)機率為8.1%；差值在±1cm的有91次，出現(xiàn)機率為52.9%；差值在0的有64次，出現(xiàn)機率為37.2%。時鐘誤差1個月累計誤差為2s，經(jīng)下列公式計算可知：

式中： Pyi為自動監(jiān)測水位；Xz為綜合不確定度；Pi為人工校測水位；N為校測次數(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到水位觀測標(biāo)準(zhǔn)精度要求。

把人工觀測水位資料和氣泡式測量到的水位資料當(dāng)作是兩個獨立系列，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)點均基本落在回歸線上，表明它們之間的關(guān)系最為密切(見氣泡式水位與人工觀測水位相關(guān)圖)，回歸方程為：

式中：ZX為人工觀測水位，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測定的結(jié)果與人工觀測的結(jié)果非常接近，只需按照上式進行訂正就可滿足規(guī)范要求，說明該儀器精度較高，性能較好。

氣泡式水位計與人工觀測水位對比表

五、結(jié)束語

肇源水位站是綏化市水位測站中第一個應(yīng)用氣泡式水位自動采集水位信息的水位站，通過對WL-03系列精密氣泡式水位在2010年汛期的實際應(yīng)用分析可以看出，WL-03系列精密氣泡式水位的測量精度完全符合《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》要求，其穩(wěn)定性能滿足生產(chǎn)要求，它能實時量測水位，在室內(nèi)即可監(jiān)視水位變化，為搶測洪峰提供準(zhǔn)確的水位數(shù)據(jù)，極大地提高了水文測驗的工作效率；同時氣泡式水位計具有不需要建測井、觀測迅速、方便、省時、省力、造價低的特點，既經(jīng)濟實惠又有遠程通訊功能，可與計算機連接，向自動化、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。