浮子式水位計(jì)在水庫(kù)應(yīng)用中的誤差分析

程雯嘉

摘 要：為了減小浮子式自記水位計(jì)在水庫(kù)壩上運(yùn)用的誤差，本文采用直線勻速比例法和線性趨勢(shì)比例法對(duì)壩上自記水位記錄值進(jìn)行分析訂正。通過(guò)對(duì)多年的實(shí)測(cè)值與記錄值進(jìn)行比測(cè)試驗(yàn)分析，探索出一套浮子式水位計(jì)誤差管控及記錄值的訂正方法，解決了浮子式水位計(jì)在庫(kù)水位測(cè)驗(yàn)時(shí)修建專用測(cè)井的難題，為推廣水庫(kù)壩上使用同類型儀器提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：水位計(jì);壩上水位;誤差管空對(duì)比

中圖分類號(hào)：P332.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）14-0100-02

Error Analysis of Float Gauge in Reservoir Application

CHENG Wenjia

（Zhangye Hydrologic and Water Resources Survey Bureau of Gansu Province，Zhangye Gansu 734000）

Abstract： In order to reduce the error of floating self-recording water level meter in the application of reservoir dam， this paper adopted linear uniform proportional method and linear trend proportional method to analyze and correct the self-recording water level on the dam. Based on the analysis of many years' test of measured value and recorded value， this paper explored a set of error control and correction methods of float type water level gauge， solved the problem of building special logging for float type water level gauge in reservoir water level test， and made some attempts to popularize the same type of instrument on reservoir dam.

Keywords： water level gauge;water level on the dam;error tube space comparison

甘肅省有中小型水庫(kù)287座。很多水庫(kù)在大壩水位觀測(cè)中曾經(jīng)使用過(guò)浮子式水位計(jì)，但因使用和操作方法欠妥，實(shí)現(xiàn)不了預(yù)期目標(biāo)而終止。近年來(lái)，一些水庫(kù)安裝遠(yuǎn)傳式高清紅外線攝像頭觀測(cè)水位，受遮光、地形限制未能全程監(jiān)測(cè)水位，且視線誤差大，超出規(guī)范允許值。此外，甘肅省很多中小型水庫(kù)的壩上水位仍然沿用傳統(tǒng)人工觀測(cè)辦法，水位觀測(cè)外業(yè)工作量十分繁重。

1 誤差分析與管控

1.1 機(jī)械誤差

機(jī)械誤差主要是儀器感應(yīng)部件的摩阻力、主筆與來(lái)復(fù)桿的摩擦力、彈簧與傳動(dòng)輪動(dòng)能轉(zhuǎn)換阻力等機(jī)械因數(shù)所致。首先，儀器感應(yīng)部件的摩阻力較大，盡量用0.01mm不銹鋼鋼絲連接浮筒與平衡錘，減輕了水位輪與懸索的摩阻力。其次，當(dāng)水位變幅較大時(shí)，應(yīng)隨時(shí)調(diào)整主筆與來(lái)復(fù)桿的間隙，并保持主筆與來(lái)復(fù)桿的靈敏度。最后，相關(guān)部門需經(jīng)常檢查彈簧與傳動(dòng)輪動(dòng)能的機(jī)械運(yùn)行狀況，防止彈簧、傳動(dòng)輪被卡，增大機(jī)械阻力。

1.2 承壓洞回流誤差

當(dāng)水庫(kù)下游電站機(jī)組或錐蕊閥開(kāi)閉閘門時(shí)，承壓洞內(nèi)產(chǎn)生回流，豎井內(nèi)瞬間水位急劇變化，浮子會(huì)有瞬間失重現(xiàn)象。校測(cè)水位計(jì)記錄量時(shí)，視主筆方向，重新訂正水位坐標(biāo)。為了減輕回流造成的誤差，在水位計(jì)浮子上部的懸索上懸掛較輕的輔助平衡錘。當(dāng)浮子被水位突然托起失重時(shí)，此輔助平衡錘仍能張緊懸索[1]，可緩解浮子短期失重現(xiàn)象。

1.3 浮筒重力變量誤差

在觀測(cè)壩上水位時(shí)，水位計(jì)的浮筒受水庫(kù)高、中、低不同水位級(jí)浮力的影響，浮力變量會(huì)產(chǎn)生誤差，且誤差超過(guò)允許范圍時(shí)，需做重力調(diào)整。根據(jù)大壩水位漲落情況，調(diào)節(jié)浮筒內(nèi)石子或平衡錘的重量，以消除不同水位級(jí)浮力變量中產(chǎn)生的誤差。在儀器運(yùn)行中，平衡錘應(yīng)離開(kāi)水面，避免產(chǎn)生復(fù)雜的雙重浮力變量誤差。

1.4 水尺觀讀誤差

在有風(fēng)浪時(shí)，壩上基本水尺水位觀測(cè)方式欠妥，讀數(shù)誤差較大。在人工觀測(cè)或校測(cè)水位時(shí)，身體應(yīng)盡量下蹲，使視線與水面平衡，避免產(chǎn)生遮光;也可以利用水面暫時(shí)平靜進(jìn)行觀讀或者讀取峰頂谷水位，取其平均值;有條件的觀測(cè)站應(yīng)盡量安裝靜水箱再進(jìn)行觀讀[2]。

1.5 距離誤差

水庫(kù)基本水尺斷面與豎井水位計(jì)的距離較遠(yuǎn)，水位變率大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生距離誤差，應(yīng)盡量縮短校測(cè)時(shí)間，或者從水位計(jì)記錄上線上訂正。

1.6 基本水尺的系統(tǒng)誤差與偶然誤差

水尺零點(diǎn)高程在每年汛前汛后校測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)水尺零點(diǎn)高程超過(guò)10mm時(shí)，及時(shí)分析修正水庫(kù)基本水尺水位;進(jìn)入汛期描畫(huà)水尺時(shí)，逐段校測(cè)高程以減小誤差，遇特殊情況時(shí)需加密校測(cè)次數(shù)。

2 記錄值的訂正

水庫(kù)在壩上建有豎井（豎井內(nèi)設(shè)啟閉閘門，是控制水庫(kù)承壓洞下游錐蕊閥和電站機(jī)組檢修、故障排除的安全保證設(shè)施）。例如，張掖市民樂(lè)縣瓦房城水庫(kù)壩上水位觀測(cè)主要依靠SWY20型月記式水位計(jì)，通過(guò)大量實(shí)測(cè)值與記錄訂正值進(jìn)行同步比測(cè)分析。

非汛期水位變率較小，在豎井內(nèi)水位計(jì)下砼上設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，每月用懸錘式水尺校測(cè)1～2次，儀器運(yùn)行正常，誤差與人工觀測(cè)值相同，能夠達(dá)到儀器設(shè)計(jì)的精度要求;放水期間4～11月份庫(kù)水位變率在4～30cm，日水位變率大，且受水庫(kù)調(diào)度水量影響，豎井內(nèi)產(chǎn)生回流時(shí)，基本水尺觀測(cè)水位與水位計(jì)記錄水位誤差相差較大，需要管控誤差來(lái)源與記錄值的分析訂正。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，石英晶體自計(jì)鐘運(yùn)行31d，時(shí)間累計(jì)記錄誤差≤5mim，故省略時(shí)間訂正。

2.1 直線勻速比例法

水庫(kù)壩上水位讀數(shù)與記錄水位誤差較小且變率均勻時(shí)，采用直線勻速比例法訂正。將人工實(shí)測(cè)水位與自記記錄水位的差值，均勻分?jǐn)偟接喺桓鲿r(shí)段。

2.2 線性趨勢(shì)比例法

線性趨勢(shì)比例法主要適用庫(kù)水位變率急劇期間。依據(jù)記錄水位在各時(shí)段水位變率的大小，以6min的整倍數(shù)為單位，采用比例分析水位線性變化的趨勢(shì)，各時(shí)段記錄水位變率，按比例做誤差訂正，如表1所示。從表1可知：實(shí)測(cè)值與訂正值二者線性趨勢(shì)完全相同，個(gè)別測(cè)點(diǎn)的誤差均在規(guī)范允許的0.02m人工觀測(cè)范圍內(nèi)。上游入庫(kù)流量與降水量過(guò)程相符，符合流域特性。

3 結(jié)論

在水庫(kù)水位觀測(cè)中，本文通過(guò)浮子式水位計(jì)誤差管控、庫(kù)水位實(shí)測(cè)值與記錄訂正水位進(jìn)行同步對(duì)比測(cè)驗(yàn)，得出了如下結(jié)論。①可全程監(jiān)控壩上水位，記錄訂正值與人工觀測(cè)過(guò)程相符，精度滿足規(guī)范要求。②消除了人工測(cè)量庫(kù)水位受風(fēng)浪影響時(shí)入庫(kù)流量有時(shí)出現(xiàn)負(fù)值的現(xiàn)象，提高了庫(kù)水位監(jiān)測(cè)精度，同時(shí)減輕人工觀測(cè)勞動(dòng)強(qiáng)度。③在非汛期實(shí)用性頗強(qiáng)，豎井里溫度較高，水體不結(jié)冰，無(wú)需進(jìn)行記錄量分析訂正，冬季不再每日觀測(cè)打冰作業(yè)，極大地減輕了外業(yè)工作量，為水文測(cè)驗(yàn)方式的改革奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱曉原.水文測(cè)驗(yàn)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：北京水利電力出版社，2013.

[2]王錦生.水文測(cè)驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：北京水利電力出版社，1983.