關(guān)于東南沿海水文潮位設(shè)備簡(jiǎn)析

王柄權(quán)

摘? ?要：本文以上海海事測(cè)繪中心負(fù)責(zé)的東海海區(qū)轄區(qū)為例，分析討論目前我國(guó)東海沿海潮位觀測(cè)所廣泛使用的水文儀器，今后并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行研究，在北斗信息化的輔助下為進(jìn)一步研發(fā)綜合性的水文信息收集與處理平臺(tái)提供思路，此時(shí)應(yīng)作連續(xù)觀測(cè)，并如實(shí)記錄情況;讀取水位時(shí)若遇到風(fēng)浪較大等天氣，也應(yīng)作連續(xù)觀測(cè)，取其中間值作為此刻的水位觀測(cè)讀數(shù)，讀數(shù)精度精確至厘米。

關(guān)鍵詞：潮位? 觀測(cè)? 水文? 設(shè)備

中圖分類號(hào)：TV123? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（a）-0019-02

1? 研究背景

沿海水文工作歷來(lái)是各級(jí)政府高度重視和關(guān)注的領(lǐng)域，在航道測(cè)量、通航保障、生產(chǎn)生活和軍事等方面有著重要基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。黨中央和國(guó)務(wù)院也高度重視水文工作，水文在歷年來(lái)的抗洪防臺(tái)減災(zāi)等工作中，做出了巨大貢獻(xiàn)，做好水文測(cè)報(bào)工作，為百姓謀福祉，服務(wù)人民。水文工作在水資源開(kāi)發(fā)利用、工程建設(shè)管理、農(nóng)業(yè)灌溉和城市用水、航運(yùn)等方面也積極發(fā)揮了重要基礎(chǔ)性作用。

2? 目前情況

目前我國(guó)沿海潮汐觀測(cè)使用的主流儀器設(shè)備為：水尺（人工觀測(cè)）、浮子式水位計(jì)、雷達(dá)式水位計(jì)、壓力自容式水位計(jì)、聲學(xué)水位計(jì)等。

2.1 水尺（人工觀測(cè)）

使用水尺進(jìn)行人工觀測(cè)，是之前儀器缺乏時(shí)最為廣泛使用的方法。方法過(guò)程較為簡(jiǎn)單但同時(shí)耗費(fèi)較多人力，在臨時(shí)潮位站等作業(yè)中會(huì)使用，目前國(guó)內(nèi)外均使用較少。通常將水尺安裝在碼頭、引橋等橋柱或港區(qū)池壁上，在岸上一般固定在樁上確保穩(wěn)固。使用過(guò)程中需要注意以下幾個(gè)方面：水位讀數(shù)時(shí)必須要保證時(shí)間的準(zhǔn)確性;測(cè)次數(shù)除每整點(diǎn)一次外，還須作高潮和低潮的加密觀測(cè)，根據(jù)潮汐規(guī)律推算出下次高潮和低潮的發(fā)生時(shí)間，并在這個(gè)時(shí)間前1h開(kāi)始每10min加密觀測(cè)一次;在某些海港若受淺海分潮等的影響，高潮后海面會(huì)略降后又上漲;或低潮后海面會(huì)略升后又下降。

2.2 浮子式水位計(jì)

浮子式水位計(jì)一般來(lái)說(shuō)由兩個(gè)基本部分組成：浮動(dòng)系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)。浮動(dòng)系統(tǒng)包括浮筒、平衡錘、鋼絲繩、能借浮筒升降而轉(zhuǎn)動(dòng)的軸輪和隨軸輪而轉(zhuǎn)動(dòng)的圓筒等。記錄系統(tǒng)采用格雷碼編碼方式。浮子式水位計(jì)配接水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)后，則可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)水位資料的遙測(cè)遙報(bào)，在沿海區(qū)域廣為使用。

浮子式水位計(jì)是現(xiàn)今在長(zhǎng)期站中普遍使用的潮位觀測(cè)儀器，有專門驗(yàn)潮井或驗(yàn)潮管安置驗(yàn)潮儀。驗(yàn)潮井（管）是驗(yàn)潮站最主要的設(shè)備之一，口徑約1m，底部應(yīng)在最低低潮面以下40～50cm，上面通常有若干對(duì)海水進(jìn)出孔和消波器孔，使驗(yàn)潮井（管）內(nèi)的海水隨外部海面的升降而升降，從而避免或減小波浪的影響。消波器孔的大小視安裝當(dāng)?shù)睾＠说拇笮《ǎ话銇?lái)說(shuō)消波器孔的大小與驗(yàn)潮井（管）的口徑大小之間的比例大約為1：10，在海浪很大的區(qū)域，消波器孔的大小再相對(duì)適當(dāng)減小。除此之外，海水進(jìn)出孔的大小是設(shè)計(jì)驗(yàn)潮井（管）的主要技術(shù)問(wèn)題，過(guò)大會(huì)使內(nèi)部的海面受到波浪影響，過(guò)小也會(huì)引起內(nèi)外海面的不等而產(chǎn)生誤差。

目前上海海事測(cè)繪中心所用浮子式水位計(jì)型均為WFH-2 型全量機(jī)械編碼。WFH-2型全量機(jī)械編碼水位計(jì)傳感器部分由浮子感測(cè)系統(tǒng)和軸角編碼器兩部分組成。特點(diǎn)是浮子傳感的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，使用和維修較方便;測(cè)井結(jié)構(gòu)為小直徑的工業(yè)管材，投資和建造費(fèi)用相對(duì)較低、工期很短。而且使用的是機(jī)械編碼，沒(méi)有漏電和被雷擊的困擾。同時(shí)利用了格雷碼制，杜絕了非單值性誤差。而間歇進(jìn)位使得讀數(shù)沒(méi)有模糊區(qū)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為積木化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，便于裝配、檢查和維修。其他的關(guān)鍵電子器件都擇優(yōu)選取了進(jìn)口國(guó)際品牌產(chǎn)品。傳感器用于感測(cè)天然水體水位變化的同時(shí)，通過(guò)軸角編碼器將水位模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息量，以便滿足數(shù)據(jù)信息的收集存儲(chǔ)、傳輸處理和顯示的需要。同樣，此儀器也適用于內(nèi)陸江河湖泊、水庫(kù)、地下水、船閘等各種水工建筑物和水文站網(wǎng)的水位測(cè)量，為科研和防汛提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 雷達(dá)式水位計(jì)

針對(duì)我國(guó)東南沿海潮汐規(guī)律及其特點(diǎn)，上海海事測(cè)繪中心在其管轄測(cè)量水域，選用了高精度、耐用、防污染和適合外界干擾因素控制的雷達(dá)傳感器。雷達(dá)水位計(jì)包括無(wú)線雷達(dá)和有線雷達(dá)兩種。目前常用的是以下兩種：VEGAPULS 63和VEGAFLEX 81。

無(wú)線雷達(dá)的原理是將內(nèi)部天線系統(tǒng)以極短的微波脈沖輻射到待測(cè)的介質(zhì)上，使得這些脈沖從介質(zhì)的表面反射后被天線系統(tǒng)再重新接收。無(wú)線雷達(dá)從信號(hào)的發(fā)射后，到再接收的時(shí)間取決于容器中的物位。而且可以利用一種專用的時(shí)間拉伸法可以可靠并精確地測(cè)量這些極短的時(shí)間并將之換算成物位。

有線雷達(dá)的原理是使高頻雷達(dá)脈沖被耦合到一根纜（固料）或者一根棒（液體）上，并沿著該探頭運(yùn)行。脈沖被介質(zhì)表面反射，測(cè)量?jī)x表可以利用雷達(dá)脈沖所需的運(yùn)行時(shí)間和輸入的容器高度計(jì)算出物位。

2.4 壓力自容式水位計(jì)

壓力自容式式水位計(jì)一般是由傳感器探頭、水位記錄裝置和數(shù)據(jù)電纜線三部分組成。在實(shí)際使用的過(guò)程中，一般選擇合適地點(diǎn)進(jìn)行安裝，以確保傳感器探頭會(huì)穩(wěn)固安裝在最低低潮面以下，同時(shí)確定傳感器探頭零點(diǎn)的高程，設(shè)立水尺以供儀器觀測(cè)水位進(jìn)行水密度訂正。上海海事測(cè)繪中心同時(shí)為壓力式水位計(jì)配接了自行開(kāi)發(fā)研制的水位自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)水位資料的遙測(cè)遙報(bào)。

目前常用的自容式水位計(jì)為DCX-22自記式潮位儀。高精度、獨(dú)立和電池驅(qū)動(dòng)是DCX-22全獨(dú)立水位數(shù)據(jù)記錄器的特色，可以用于長(zhǎng)期記錄水深和溫度。DCX-22是絕對(duì)壓力水位傳感器，內(nèi)部電子部件和電池被封裝在堅(jiān)固、雙密封的316不銹鋼管內(nèi)，用于長(zhǎng)期沉入式測(cè)量。DCX-22全獨(dú)立水位數(shù)據(jù)記錄器不需要外部電線，可以用任何適合的電纜懸掛。從測(cè)量處取回DCX-22全獨(dú)立水位數(shù)據(jù)記錄器，再取下兩端密封的端蓋，即可進(jìn)入DCX-22絕對(duì)壓力水位傳感器的數(shù)據(jù)端口，可以將所需時(shí)段的數(shù)據(jù)下載處理。