水溫自記遙測儀器的安裝與應用

張宗敏　金哲　晉濤　羅世冰

摘 要：以漢江水文水資源勘測局水溫信息全面自動化采集為例，本文探討了水溫自記遙測儀器在不同測站環(huán)境中配套基礎設施的建設和安裝方法。經(jīng)過測試運行和成果比測分析，水溫自記遙測儀器取得了良好的應用效果。

關鍵詞：水溫自記遙測儀器;水溫探頭安裝;比測分析

中圖分類號：P335 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0109-03

Installation?and?Application?of?Water?Temperature

Self-recording?Telemetry?Instrument

ZHANGg?Zongmin JIN?Zhe JIN?Tao LUO?Shibing

（Hanjiang?Hydrology?and?Water?Resources?Survey?Bureau，?Hydrology?Bureau?of?Changjiang?Water?Resources?Commission，Xiangyang?Hubei?441022）

Abstract：?Taking?the?comprehensive?automatic?collection?of?water?temperature?information?from?the?Hanjiang?Hydrological?and?Water?Resources?Survey?Bureau?as?an?example，?this?paper?discussed?the?construction?and?installation?of?supporting?infrastructure?for?water?temperature?self-recording?telemetry?instruments?in?different?station?environments.?After?test?operation?and?results?comparison?analysis，?water?temperature?self-recording?telemetry?instrument?has?achieved?good?application?results.

Keywords：?water?temperature?self-recording?telemetry?instrument;water?temperature?probe?installation;comparison?analysis

傳統(tǒng)水溫數(shù)據(jù)采用人工現(xiàn)場采集方式，一般來說，水位觀測員在8：00觀測水位的同時使用水溫表測量記錄水溫數(shù)據(jù)。隨著自動化、信息化的快速發(fā)展，高精度水溫傳感器相繼面世，自動遙測技術擴展功能實現(xiàn)定制應用，全面推進漢江水文局水溫測量自動化水到渠成，實施順利。

1 水溫遙測系統(tǒng)

水溫自記遙測系統(tǒng)主要由三部分組成[1]。一是數(shù)據(jù)采集，利用水溫傳感器，其型號為PHSW-12V-W2，實時采集現(xiàn)場水溫數(shù)據(jù)。二是數(shù)據(jù)傳輸，利用YAC9900遙測終端，內(nèi)置程序為漢江局定制的水溫功能。三是數(shù)據(jù)接收，在原有的水情信息接收處理軟件上擴展了水溫接口，與水位、雨量數(shù)據(jù)處于同一界面，方便值班人員實時監(jiān)視。

2 儀器安裝方法

《水文測量規(guī)范》（SL?58—2014）要求，采集的水溫數(shù)據(jù)固定為斷面水下0.5m處水體溫度，水溫傳感器探頭需要隨著水位的變化同步調(diào)整安裝位置，始終保持水下0.5m深度不變。根據(jù)不同的測站環(huán)境，人們要選擇合適的安裝方法[2，3]。

襄陽市余家湖站分局有躉船固定停靠，水溫自記安裝于躉船尾部，安裝簡單，維護方便，便于人工比測。傳感器金屬探頭卡置于不銹鋼鋼管水下0.5m處，鋼管頂部設有檢修口，隨時提取探頭進行清洗維護。現(xiàn)場安裝圖如圖1所示，安裝示意圖如圖2所示。

轉(zhuǎn)斗灣水位站地理位置較偏僻，無可利用的船只，采用塑料浮筒和撐桿鋼絲繩固定的方式安裝，水溫傳感器位于離岸邊8m的浮筒下，終端機置于自記井內(nèi)。撐桿長度和混凝土基礎位置需要考慮測站最大水位變幅和斷面附近水下地形，必須保證浮筒全水位變幅上下浮動，同時水溫傳感器探頭不會觸碰河底。浮筒兩側斜拉鋼絲繩有效減少探頭浮筒上下游擺動幅度，采用不銹鋼材質(zhì)，懸掛攔污浮筒。

3 人工比測

在使用自記儀器前，對感溫探頭進行人工水溫比測，如表1所示。比測時，使用測站常用（備用）表層水溫計與自記儀同時測量水溫，比測變幅為0～50℃，溫度間隔不超過3℃，共比測30組，當比測差值大于0.5℃時，應更換感溫探頭，重新進行比測。比測日期為為2018年6月27日，表層水溫計牌號為SWL1-1?59#。

自記儀在測站投入使用后，使用的第一個月，每周比測不少于兩次，每次比測當天早、中、晚在感溫探頭安裝處各觀測一次人工水溫，并與自記水溫進行比對，當比測差值不小于0.5℃時，應復測一次，確保測量準確性。第一個月的比測，如果儀器穩(wěn)定性良好，可繼續(xù)開展后續(xù)比測工作;如果儀器穩(wěn)定性較差，應及時通知技術人員對設備進行調(diào)整，并重新進行比測。

自記儀穩(wěn)定工作后，每月上、中、下旬各比測不少于兩次，每次比測當天早、中、晚在感溫探頭安裝處各觀測一次人工水溫，并與自記水溫進行比對，當比測差值不小于0.5℃時，應復測一次，每月共比測6次，每次比對水溫3組。

每次比測時，對感溫探頭進行檢查，檢查有無藻類、水草、苔蘚及貝殼等水生物吸附和纏繞，如有應及時清除干凈。每次比測應按規(guī)范做好記錄，及時對比測結果進行分析，當出現(xiàn)連續(xù)性偏差（如連續(xù)性偏大或偏?。r，應查找原因，原因無法查明時應及時通知技術人員處理。

4 比測結果

將水溫自記儀測得的水溫值與人工觀測的水溫值進行逐個對照，以人工觀測水溫為真值計算自記設備測驗誤差情況。本研究選取襄陽站部分比測數(shù)據(jù)成果進行分析。

從比測情況來看，襄陽站在人工配置溫度下傳感器所測水溫最大誤差±0.2℃，系統(tǒng)誤差為0.59%。在天然河流中比測，誤差有所增大，因襄陽站位于庫區(qū)內(nèi)，水溫變化受影響因素比較單一，故系統(tǒng)誤差較小（-0.07%），誤差分布為隨機分布，誤差來源主要為偶然誤差，誤差大小無線性變化規(guī)律。綜合余家湖、宜城來看，襄陽站的比測準確度較高，比測誤差出現(xiàn)較小的區(qū)間內(nèi)，誤差大多小于±0.2。

5 誤差及來源分析

5.1 誤差分析

以人工觀測水溫為真值，統(tǒng)計自記數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差[E]和置信水平為95%的綜合不確定度X，計算公式如下。

系統(tǒng)誤差[E]計算公式為：

式中，[Ei]為相對誤差;[N]為比測次數(shù)。

經(jīng)計算，得到襄陽站自記數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差[E]和z置信水平為95%的綜合不確定度X，如表2所示。

5.2 誤差來源分析

人們要從比測情況和儀器特性等方面對誤差產(chǎn)生的原因進行分析，以盡可能減小測驗誤差。使用的傳感器受自身電氣性能限制，其準確度為±0.5℃，如果要取得更高精度的水溫，需要更換準確度更高的傳感器。觀測可能存在不同步現(xiàn)象，環(huán)境溫度、濕度及電量等因素會引起走時機構時鐘誤差，觀測人員使用的計時工具時間可能不準，致使人工觀測與儀器自記并非同步。當水質(zhì)、泥沙情況較為復雜，水體酸堿度升高，泥沙含量變大或漂浮物較多時，傳感器受到水體腐蝕或有雜物淤積，致使探頭敏感度改變。

6 注意事項

在使用儀器的過程中，人們應注意下列問題。一是傳感器應懸吊于水中，避免傳感器側壁及底部與其他物體接觸，其周圍防護設施應使用導熱性較差的材料，避免外界溫度傳導引起水溫變化;二是傳感器應安裝在水流通暢處，以保證所測水溫的真實性;三是使用期間每月應進行不少于1次水溫跟蹤比測檢查;每年分別在年初氣溫較低時和年中氣溫較高時各進行一次水溫比測檢查，每次比測檢查記載不少于3次;四是傳感器長期處于水下，受到不同水沙條件、漂浮物及水生動植物影響，因此應掌握正確的維護和保養(yǎng)方法，及時清除傳感器周圍的雜物，延長儀器使用壽命，保證資料精度。

7 結論

漢江水文水資源勘測局水溫自記儀器安裝采用文中所述方法，符合水溫相關規(guī)范要求，經(jīng)過人工和自記數(shù)據(jù)比測分析，滿足生產(chǎn)需要。自2019年1月1日起，漢江水文水資源勘測局全面實行水溫自記在線監(jiān)測。

參考文獻：

[1]干慧瑛.淺淡水文遙測系統(tǒng)中的信息采集與傳輸應用[J].中國水運（下半月），2013（8）：86-87.

[2]陳遠鵬.淺析水情遙測系統(tǒng)在GSM網(wǎng)絡B/S模式中的設計應用[J].廣東科技，2010（12）：49-50.

[3]姜莉，侯正良，李偉，等.淺談水文自動遙測系統(tǒng)的實際應用[J].山東水利，2001（5）：40.