于騰

對于水利事業(yè)而言，水文信息具有非常重要的價值，其對于汛期預警以及國民經濟的發(fā)展起著至關重要的作用，而水位就是水文測驗中最基本的觀測要素，本文注重對水文信息的采集過程中的水位的觀測方法和保證其必要的精度進行概述，最后通過科學高效的整編方法對觀測數(shù)據(jù)資料進行整編，為各部門提供所需數(shù)據(jù)。

水位觀測的目的和要求

水位是指：河流或其它水體的自由水面相對于某一基面的高程，其單位以米（m）表示。

水位是反映水體、水流變化的重要標志，是水文測驗中最基本的觀測要素，是水文測站常規(guī)的觀測項目。在水文測驗中，常用水位直接或間接的推算其它水文要素，如由水位通過水位流量關系，推求流量；通過流量推算輸沙率；由水位計算水面比降等，從而確定其它水文要素的變化特征。

影響水位變化的因素

水位的變化主要取決于水體自身水量的變化，約束水體條件的改變，以及水體受干擾的影響等因素。

基面與水準點

水位是水體（如河流、湖泊、水庫、沼澤等）的自由水面相對于某一基面的高程。一般都以一個基本水準面為起始面，這個基本水準面又稱為基面。各國以某一海濱地點的特征海水位為準，這樣的基準面也稱絕對基面。另外，水文測驗中除使用絕對基本面外還涉有假定基本，測站基面，凍結基面等。

（一）絕對基面

一般是以某一海濱地點的特征海水面為準，這個特征海水面的高程定為0.000米，目前我國使用的有大連、大沽、黃海、廢黃河口、吳淞、珠江等基面。

（二）假定基面

若水文測站附近沒有國家水準網，其水準點高程暫時無法與全流域統(tǒng)一引據(jù)的某一絕對基面高程相連接，可以暫時假定一個水準基面，作為本站水位或高程起算的基準面。

（三）測站基面

測站基面是假定基面的一種，它適用于通航的河道上，一般將其確定在測站河庫最低點以下0.5～1.0米的水面上，對水深較大的河流，可選在歷年最低水位以下0.5～1.0米的水面作為測站基面。

（四）凍結基面

凍結基面也是水文測站專用的一種固定基面。一般是將測站第一次使用的基面固定下來,作為凍結基面。

水位的直接觀測設備

（一）水尺的種類

水尺分直立式、傾斜式、矮樁式和懸錘式四種。其中直立式水尺應用最普遍，其它三種，則根據(jù)地形和需要選定。

（二）水尺的布置和零點離程的測量

水尺設置的位置必須便于觀測人員接近，直接觀讀水位，并應避開渦流、回流、漂浮物等影響。在風浪較大的地區(qū)必要時應采用靜水設施。

水尺布設范圍，應高于測站歷年最高、低于測站歷年最低水位0.5m。

同一組的各支基本水尺，應設置在同一斷面線上。當因地形限制或其它原因必須離開同一斷面線時，其最上游與最下游一支水尺之間的同時水位差不應超過1cm。

同一組的各支比降水尺，當不能設置在同一斷面線上時，偏離斷面線的距離不能超過5m ,同時任何兩支水尺的順流向距離不得超過上、下比降斷面距離的1/200。

五、水位的間接觀測設備

間接觀測設備主要由感應器、傳感器與記錄裝置三部分組成。感應水位的方式有浮筒式、水壓式、超聲波式等多種類型。以下按感應分類如下：

浮子式水位計

利用浮子跟蹤水位升降，以機械方式直接傳動記錄。用浮子式水位計需有測井設備(包括進水管)，適合岸坡穩(wěn)定、河床沖淤不大的低含沙河段。

1.工作原理：

儀器以浮子感測水位變化，工作狀態(tài)下，浮子、平衡錘與懸索連接牢固，懸索懸掛在水位輪的“V”形槽中。平衡錘起拉緊懸索和平衡作用，調整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水線上。在水位不變的情況下，浮子與平衡錘兩邊的力是平衡的。當水位上升時，浮子產生向上浮力，使平衡錘拉動懸索帶動水位輪作順時針方向旋轉，水位編碼器的顯示讀數(shù)增加；水位下降時，則浮子下沉，并拉動懸索帶動水位輪逆時針方向旋轉，水位編碼器的顯示器讀數(shù)減小。

2.特點：

浮子式位計適用于長期測量水庫、河流、湖泊、壩體測壓管等的水位，是監(jiān)測水位變化的有效監(jiān)測設備。水位計采用磁光編碼原理進行測量，其測量精度高、穩(wěn)定性好、沒有溫漂和時漂的影響，信號可直接接入計算機，實現(xiàn)水位變化的自動監(jiān)測。

（二）水壓式水位計

通過測量水體的靜水壓力，實現(xiàn)水位測量的儀器稱為壓力式水位計。壓力式水位計又分為氣泡式壓力水位計和壓阻式兩種。通過氣管向水下的固定測點通氣，使通氣管內的氣體壓力和測點的靜水壓力平衡，從而實現(xiàn)了通過測量通氣管內氣體壓力來實現(xiàn)水位測量，這種裝置通常稱之為氣泡式水位計。

壓力水位計的組成

將傳感器固定在河底，用引壓管消除大氣壓力，從而直接測得水位。壓力式水位計有兩類。一類為氣泡型，在引壓管中不斷輸氣，用自動調節(jié)的壓力天平將水壓力轉換成機械轉角量，從而帶動記錄機構。另一類為壓阻式，它應用固態(tài)壓阻器件作傳感器，可直接將水壓力轉變成電壓模量或頻率量輸出,用導線傳輸至岸上進行處理和記錄。

2.壓力式水位工作原理

相對于某一個測點而言，測相對于該點處的高程，加上本測點實際水深即為水位。

即：水位=測點高程+測點處的水深

測點處的水深為：H=p/r

式中：p—測點的靜水壓強,g/cm；

H—測點水深，即測點至水面距離,cm；

r—水體容重g,/cm3。

當水體容重已知時，只要用壓力傳感器或壓力變換器精確測量出測點的靜水壓強值，就可推算出對應的水位值。

氣泡水位計工作原理與壓阻式壓力水位計相同。

（三）超聲波水位計

超聲波水位計是一種把聲學和電子技術相結合的水位測量儀器。按照聲波傳播介質的區(qū)別可分為液介式和氣介式兩大類。

1.超聲波水位計的結構與組成

超聲波水位計一般由換能器、超聲發(fā)收控制部分、數(shù)據(jù)顯示記錄部分和電源組成。對于液介式儀器，一般把后三部分組合在一起；對于氣介式儀器一般把超聲發(fā)收控制部分和數(shù)據(jù)處理部分的一部分與換能器組合在一起形成超聲傳感器，而把其余部分組合在一起形成顯示記錄儀。

（1）原理

當超聲波在空氣中傳播遇到水面后被反射，儀器測得聲波往返于傳感器到水面之間的時間，根據(jù)超聲波在空氣中傳播速度計算距離，再用傳感器安裝高度減去所測至水面距離即得水位。計算方法是：

V=331.45+0.61T

式中：T—氣溫；

t—聲波往返時間。

由于超聲波在空氣中的傳播速度是溫度的函數(shù)，正確的修正波速是保證測量精度的關鍵，為此HW—1000C非接觸超聲波水位計，采用溫度實時修正方法實現(xiàn)聲波校準，以使測量精度達到規(guī)范要求。

（2）用途

1）河流、明渠水位自動監(jiān)測。

2）水庫壩前、壩下尾水水位監(jiān)測攔物柵壓差監(jiān)測。

3）調壓塔水位監(jiān)測。

4）潮水位自動監(jiān)測系統(tǒng)。

5）城市供水、排污水位監(jiān)測系統(tǒng)。

（3）主要特點

1）在水位測量過程中沒有任何部件接觸水體，實現(xiàn)非接觸測量。

2）不受高速水流沖擊，不受水面漂浮物的纏繞、堵塞或撞擊以及水質電化反應的影響。

3）設備按裝不需建造水位計臺，基建投資小。

4）設備無運動部件，不會因部件磨損銹蝕而產生故障，壽命長可靠性好。

原始資料的收集是基礎性的，資料的整理審核好比水文測驗產品的加工工序，而水文整編則是水文產品的最后一道工序即質量檢驗，通過整編可以檢查測驗工作的成敗與否。另外,通過對水文資料的分析研究，對改進測驗方法，提高效率也具有很重要的意義。

（作者單位：青海大學水利電力學院）