林建云 張 斌

(新疆水利廳金溝河流域管理處 沙灣 832100)

SW40型自記水位計(jì)在灌區(qū)應(yīng)用中的測量誤差分析

林建云 張 斌

(新疆水利廳金溝河流域管理處 沙灣 832100)

本文根據(jù)多年來SW40型自記水位計(jì)在灌區(qū)量水中的應(yīng)用，分析了其在安裝調(diào)試、儀器測量使用等方面產(chǎn)生誤差的原因，并針對這些問題提出一些有效的處理方法，盡量消除可能產(chǎn)生的誤差，以達(dá)到為灌區(qū)科學(xué)準(zhǔn)確計(jì)量水量的目的。

水位測量 應(yīng)用 誤差分析

在灌區(qū)量水方式中，自記水位計(jì)因其結(jié)構(gòu)簡單、安裝操作方便等特點(diǎn)，在灌區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)際使用中自記水位計(jì)自動(dòng)記錄過水?dāng)嗝嫒斓乃蛔兓鶕?jù)水位—流量關(guān)系來推求渠系過水?dāng)嗝娴娜掌骄髁?，進(jìn)而推求日累計(jì)水量。但在使用中，自記水位計(jì)因受外界環(huán)境、自身性能及人為操作不當(dāng)?shù)纫蛩赜绊懀谧詣?dòng)測記過程中會(huì)產(chǎn)生記錄誤差，有的誤差是可以傳遞和不斷積累的，最終可能超過水位觀測的誤差允許范圍。因此，如何消除自記水位計(jì)的水位測量誤差，提高測配水計(jì)量的科學(xué)準(zhǔn)確性，是保證其在灌區(qū)水量計(jì)量中正常應(yīng)用的一項(xiàng)重要工作。下面以SW40型自記水位計(jì)在金溝河灌區(qū)的應(yīng)用為例，介紹其使用過程中易產(chǎn)生誤差的因素及應(yīng)對辦法。

1 布設(shè)位置和安裝產(chǎn)生的誤差及應(yīng)對辦法

1.1 自記水位計(jì)的位置選擇

由于水位計(jì)安置的過水?dāng)嗝嫣幨欠癞a(chǎn)生水流波幅，是否產(chǎn)生淤積、偏流、回水，是否受水工建筑物的影響等，都將直接影響水位計(jì)的測量精度。因此，水位計(jì)臺的安置位置應(yīng)盡量避開這些地方，設(shè)在渠系斷面順直、水位流量關(guān)系代表性比較好的位置；并與流量測驗(yàn)斷面重合或者接近，當(dāng)兩個(gè)斷面不能重合時(shí)，應(yīng)使兩斷面上的水位具有穩(wěn)定的對應(yīng)關(guān)系，以減少由于位置選擇不當(dāng)所引起的誤差。

1.2 自記水位箱的安裝調(diào)整

在金溝河灌區(qū)的應(yīng)用中，自記水位計(jì)安設(shè)在自記箱內(nèi)，自記箱由箱體和與箱體垂直焊接在一起的浮筒構(gòu)成，浮筒用于安放浮子和平衡錘，在浮筒表面有描繪的水尺。若自記箱安裝過程中不能做到浮筒垂直水面，一方面造成水尺讀數(shù)與水面不平行，在校核自記水位計(jì)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的誤差；一方面可能引起浮子、平衡錘與筒壁摩擦，產(chǎn)生記錄誤差，最終在推算水量時(shí)產(chǎn)生較大誤差。因此，自記水位箱在安裝調(diào)試時(shí)，應(yīng)保證浮筒與水面的垂直安放，并在每年使用前及時(shí)校正。

1.3 自記水位計(jì)的安放

當(dāng)自記水位計(jì)安裝好以后，若滾筒軸線與水面不平行，會(huì)產(chǎn)生水位記錄誤差或?qū)е赂∽雍推胶忮N脫落，影響水量計(jì)量的準(zhǔn)確性。因此，水位計(jì)箱調(diào)整好以后，在安放自記水位計(jì)時(shí)，必須保證滾筒軸線水平，具體可采用水平尺來校正。

2 儀器特性產(chǎn)生的誤差及應(yīng)對辦法

2.1 機(jī)械摩擦阻力產(chǎn)生水位滯后

SW40型自記水位計(jì)為浮子式自記水位計(jì)，水位變化是由浮子感應(yīng)的。而浮子是通過懸索與比例輪相聯(lián)系的。所以懸索與比例輪之間存在機(jī)械摩擦阻力。另外，比例輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)記錄轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)，也使比例輪與記錄轉(zhuǎn)筒之間產(chǎn)生機(jī)械摩擦阻力。SW40型自記水位計(jì)配置的比例輪有四種型式：1∶1、1∶2、1∶5、1∶10。在使用 1∶5 和 1∶10 的比例輪時(shí)，比例輪與記錄轉(zhuǎn)筒是通過齒輪連接的，因此也會(huì)產(chǎn)生機(jī)械摩擦阻力。這些都使實(shí)際水位不能立即反映在記錄紙上，而產(chǎn)生水位滯后誤差。因此，平時(shí)一定要做好水位計(jì)的保養(yǎng)工作。

2.2 浮子配重選擇的不合理

SW40型自記水位計(jì)要求選用統(tǒng)一制作的浮子與平衡錘，并做好配重，使浮子與平衡錘的配重比大致在1∶0.7左右。若浮子配重過重時(shí)，使浮子吃水較多，不能準(zhǔn)確記錄水位，往往使自記水位計(jì)測量少記水位；而浮子配重過輕時(shí)，使懸索朝平衡錘方向移動(dòng)，使浮子吃水較少，也不能準(zhǔn)確記錄實(shí)際水位，往往多記水位。這些都是由懸索重量轉(zhuǎn)移，改變浮子吃水深度產(chǎn)生的誤差。因此，要經(jīng)常檢查浮子的配重情況，達(dá)到科學(xué)、合理的配重。

2.3 懸索長度量取的不合適

SW40型自記水位計(jì)懸索長度的確定，是為了不使平衡錘和懸索有入水的可能或者盡量減小懸索入水長度，因?yàn)槠胶忮N入水后會(huì)改變浮子的入水深度而引起誤差。所以應(yīng)合理選擇懸索的長度。在實(shí)際工作中，懸索過長時(shí)，不能記錄到最高水位；懸索過短時(shí)，不能記錄到最底的水位，而且在遇到水位突變時(shí)，產(chǎn)生懸索從比例輪上脫落現(xiàn)象。根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，懸索長度按以下方法確定比較理想：先將平衡錘一端放入水位計(jì)測井的底部，浮子一端繞過比例輪后進(jìn)入浮筒約10cm即可，還要考慮到懸索與浮子和平衡錘連接處的長度。若使用碼盤，則還要計(jì)算水位輪與碼盤連接部分的長度。

2.4 自記鐘時(shí)間行走的不準(zhǔn)確

自記鐘是自記水位計(jì)記錄水位變化準(zhǔn)確時(shí)間的裝置。由于各種原因，使自記鐘走時(shí)不準(zhǔn)，比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間快一些或慢一些，因不能準(zhǔn)確地反映水位變化的時(shí)間過程而產(chǎn)生誤差。因此，可通過拔自記鐘上的快慢針來校對自記鐘。按國家《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，經(jīng)過校對后，時(shí)間誤差每24h在±5min內(nèi)即可，否則應(yīng)檢修。另外自記筆牽引的鋼絲的松緊度及導(dǎo)向滑輪是否靈活，也會(huì)造成自記鐘停擺。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，鋼絲的松緊可從筆架彈簧上反映出來，一般新彈簧不可超過筆架寬度，舊彈簧彈性差的可稍長于筆架寬度，這樣鋼絲的松緊程度比較適當(dāng)。

2.5 機(jī)械傳動(dòng)不協(xié)調(diào)引起的空程

SW40型自記水位計(jì)在使用時(shí)，由于浮子的升降，使懸索在比例輪上相對滑動(dòng)，并未引起比例輪轉(zhuǎn)動(dòng)，或者比例輪轉(zhuǎn)動(dòng)了卻未達(dá)到實(shí)際的位置。有時(shí)還有比例輪的旋轉(zhuǎn)未帶動(dòng)記錄轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)，或者記錄轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)了，但未能達(dá)到實(shí)際的位置。這些都是機(jī)械傳動(dòng)空程引起的相對運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生的水位誤差。根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)以上現(xiàn)象，前者要檢查浮子的配重是否科學(xué)合理，后者要檢查比例輪或記錄轉(zhuǎn)筒的軸是否滑絲，必要時(shí)更換新的比例輪。

2.6 受環(huán)境溫度的影響

SW40型自記水位計(jì)是放置在野外工作的，受氣候變化和周圍環(huán)境的影響。夏季晝夜溫差較大，引起比例輪懸索尺寸變化而造成誤差。也因在雨季受周圍條件的限制，由于水位箱的密封不好，雨淋或受潮使記錄紙產(chǎn)生伸縮，產(chǎn)生水位和時(shí)間誤差。特別是在使用的1∶5或1∶10的比例輪時(shí)，記錄紙影響較大，一般可通過密封水位計(jì)箱或加放干燥劑的方法來控制。

3 使用操作產(chǎn)生的誤差及應(yīng)對辦法

3.1 記錄筆使用方式的影響

SW40型自記水位計(jì)配置有標(biāo)準(zhǔn)的記錄筆，即為特制的小鋼筆，所用墨水是專用的油墨，在使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因筆尖未及時(shí)清洗、儀器封閉不嚴(yán)等導(dǎo)致筆尖出墨不流暢，影響正常記錄；因筆尖較尖利，經(jīng)常劃破記錄紙而停止或影響水位的記錄；因墨水吸入的多或少而產(chǎn)生漏墨或斷墨現(xiàn)象，影響水位的正常記錄。針對上述問題，通過不斷試驗(yàn)改進(jìn)，利用中性筆筆尖圓滑、出墨流暢、不需加墨等特點(diǎn)，采用中性筆來替代小鋼筆進(jìn)行記錄，使水位計(jì)的操作既簡單方便又杜絕了上述問題，同時(shí)也保證了計(jì)量的精度。

3.2 水位定位方法的影響

SW40型自記水位計(jì)是日記式水位計(jì)，每天都需換紙并在記錄紙上進(jìn)行水位定位，通常只是轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)輪對準(zhǔn)水位的準(zhǔn)確時(shí)間和水位，但這種方法并未考慮機(jī)械傳動(dòng)時(shí)齒輪間的傳動(dòng)間隙，雖然對準(zhǔn)了準(zhǔn)確的時(shí)間，但忽略了傳動(dòng)間隙的影響，而產(chǎn)生時(shí)間記錄誤差。為了消除這一影響，在水位定位時(shí)，應(yīng)使記錄筆尖稍向準(zhǔn)確時(shí)間左移動(dòng)一些，然后再往右調(diào)整至準(zhǔn)確時(shí)間。

4 結(jié)語

SW40型自記水位計(jì)在灌區(qū)的推廣應(yīng)用，為水量計(jì)量工作帶來了極大的便利，但也出現(xiàn)了不少的問題。通過研究摸索SW40型自記水位計(jì)的工作特性和外在因素的影響，基本能夠消除各種誤差因素的影響，充分發(fā)揮其在灌區(qū)科學(xué)、準(zhǔn)確計(jì)量水量的作用。