王承飛

【摘要】水位值觀測是一種最基本的水文實驗項目，水位觀測儀器的質(zhì)量，性能直接關系到水文數(shù)據(jù)收集的質(zhì)量結果，因此，選擇水位觀測設備的好壞直接關系到數(shù)據(jù)收集的連續(xù)性和質(zhì)量結果的可靠性，對于水文技術的現(xiàn)代化具有十分重要的意義。

【關鍵詞】水文儀器；水位計；聲學水位計

一、前言

巢湖流域水位觀測從護岸的混凝土墩直立式水尺觀讀、直立式木樁搪瓷水尺觀讀，后逐漸推廣利用工程塊石護坡穩(wěn)定的條件修建斜坡式水位觀測，后來又推廣應用非接觸氣式（超聲波）水位計，將水位觀測向現(xiàn)代化邁進了一大步。巢湖水位觀測存在的問題，在于非汛期小流量過程中，固定的自記水位計塔脫河情況普遍，仍需要最原始的水尺“直接”方式觀測水位。因此，研究出一套適合大多數(shù)測量場所使用，并且造價低、施工方便的水位測量裝置意義重大。根據(jù)這種需求，在巢湖流域水位測報系統(tǒng)建設中，研發(fā)“激光測距儀在巢湖水位站測量水位上應用的可行性”，這是一個需要研究和解決的課題。

二、幾種水位觀測儀器的使用情況

1、JY-10型水壓式水位計

（1）儀器結構JY一10型水壓式水位計是由長江水利委員會漢口水文總站研制生產(chǎn)的，長江口水文水資源勘測局徐六涇水文站于1983年購置了第一臺水壓式水位計，該儀器由壓力傳感器、氣路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)及記錄設備等組成，是一種無測井自動記錄水位的儀器。

（2）工作原理JY—l0型水壓式水位計工作原理是應用靜水壓力的基本原理，由壓力傳感器測定感壓管口處的壓力（水深）變化以記錄水位過程的記錄儀器。用于測壓的壓力傳感器為單一自動跟蹤、自動補償?shù)闹亓ζ胶庀到y(tǒng)。

2、浮子式水位計

儀器結構楊林水位站于1985年底開始安裝HcJ-1型日記水位計和SWY-20型月記水位計。兩臺均系浮子式水位觀測儀器，是由重慶水文儀器廠研制生產(chǎn)的，儀器由浮筒、懸索、平衡錘、水位輪、記錄筆、記錄紙、石英鐘及箱體組成。要求在具有防浪井設備或無 風浪的水面上使用。

工作原理浮子式水位計由浮筒感應水位變化帶動水位輪旋轉(zhuǎn)，浮筒和平衡錘用塑膠銅線連接懸掛在水位輪上，水位漲落使浮筒升降帶動水位輪正反旋轉(zhuǎn)。記錄紙是裝在記錄滾筒外面的。

3、SSA1-1型聲學水位計

（1）儀器結構1995年以后，祟頭連興港、六效、共青圩水位站相繼換置了SSA1—1型聲學水位計今年，徐六涇水位站也購置了這種型號的水位計，該儀器是由國家海洋局第三海洋研究所、廈門海天高新技術研究所研制的SSA1—1型聲學水位計由超聲波探頭、溫度傳感器和測量儀表組成，采用非接觸聲學測量方法及軟件捎波技術采集信號數(shù)據(jù)，適用于海洋、江河湖泊的水位測量。應當指出的是1995年購置的儀器只作了一階溫度補償，2000年購置的儀器作了二階溫度補償。因而更加準確

（2）工作原理SSA1—1聲學水位計基于聲學測距原理，通過安裝在水面以上某個高程上的超聲傳感器（探頭），將具有一定頻率、功率和寬度的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成同頻率的聲脈沖波，定向朝水面發(fā)射，（超）聲波在介質(zhì)中（空氣）以一定的速度傳播，當聲波束遇到不同密度的介質(zhì)分界面（水面）時，又反射至超聲傳感器，再被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，送徽處理器作相應處理最后把代表實際水位的數(shù)據(jù)傳送給記錄儀顯示并存儲。

三、巢湖流域人工水位觀測現(xiàn)狀

巢湖河段具有多處水位觀測點。由于該河段巢湖水文變化復雜、測驗條件困難，為適應巢湖條件，多年來經(jīng)過不斷探索和實踐，巢湖水位觀測技術，由直立木樁搪瓷水尺、混凝土墩水尺、工程護坡斜坡型水尺。

（1）以直立木樁搪瓷水尺為主的第一階段：巢湖河段為寬、淺、散亂的游蕩型河床，屬于河網(wǎng)區(qū)主流擺動頻繁，洪水期河床沖淤比較大，巢湖河道多為通航航道，受航運交通、上游來水漂浮物、下游潮汐眾多影響導致水尺損壞沖失嚴重，嚴重影響水位觀測的連續(xù)性，并因頻繁補設水尺而增加了勞動強度。

（2）以建立混凝土墩水尺、工程護坡斜坡型水尺主的第二階段：為克服直

立木樁搪瓷水尺易沖失的情況，根據(jù)工程穩(wěn)定情況和河勢穩(wěn)定的情況下，在護岸設立了混凝土墩水尺、工程護坡斜坡型水尺。

（3）推廣應用非接觸超聲波水位計階段：針對巢湖使用直立木樁搪瓷水尺、混凝土墩水尺、工程護坡斜坡型水尺仍存在的問題。

四、激光測距儀測量巢湖水位的可行性

1、激光測距儀的測量水位裝置工作原理

采用水準儀等測量儀器的水平調(diào)整方式，利用3、4個可調(diào)螺絲進行精確整平，使激光測距儀光線處于精確水平位置；然后利用經(jīng)緯儀垂直角度測量原理對準水準基點上樹立的標尺（基點高程H、水尺讀數(shù)I），測出基點距儀器中心的長度L1和垂直角度α1，換算出測距儀水平光線高程H1；而后再將激光測距儀光線照準水邊參照物（水面上浮子或水邊固體物水邊線）測量距離L2和垂直角度α2，換算出水位數(shù)值H2。本文設計的激光水位測量裝置，其計算方法如下：

（1）計算測距儀水平光線高程H1

H1=L1*sinα1+H+I

（2）計算水位高程H2

H2=H1-L2*sinα2

2、實現(xiàn)水位測量的可行性主要條件

（1）參照物（水面上浮子或水邊固體物水邊線）的設計出于視力和安全原因，激光測距儀的光線不能對準彩色液體（水）或玻璃測量，解決這一問題的方法就是在水面上布置參照物（水面上浮子或水邊固體物），要求必須上下活動自如，正確反應出水位變化，即在水面上設置一個由細鋼絲繩鏈接的帶有反光設置泡沫材質(zhì)的固體結構或在水邊穩(wěn)定固體物用油漆刻制明顯的反光標記。

（2）激光測距儀測水位裝置的可維護性

激光測距儀測水位裝置能否正常運行，可維護性是關鍵，在該裝置中，能否對參照物（浮子或其他固體物）進行維護，是該裝置能否用于工程實際的關鍵環(huán)節(jié)。正常運行時參照物應處于自由狀態(tài)，當需要檢修時，可使用一種專用的配套設計工具，使參照物能正確自如的反應水位變化情況。

3、應用激光測距儀觀測巢湖水位的優(yōu)點

在巢湖流域上應用激光測距儀觀測水位對比現(xiàn)在使用的水位觀測方法，具有如下優(yōu)點：

（1）體積小巧，攜帶方便，能靈活應用于各個工程的水位觀測中；

（2）不受河流變化的影響，增大了水位觀測范圍，給實現(xiàn)水位連續(xù)觀測的奠定了堅實基礎；

（3）可大幅縮短測量時間和大幅度的降低了各工程水位觀測所需費用；

（4）200米范圍內(nèi)測量精度可以達到0.002米，且望遠鏡可以進行視度調(diào)節(jié)，可以進行更加精準的觀察，大大提高了水位觀測精度；

（5）可以測量高度，高差，光線距離，傾斜角度；

（6）多種測量模式：最近、最遠和連續(xù)測量功能；

（7）可消除人為因素產(chǎn)生的測量誤差；

（8）測量結果的保存、檢索、統(tǒng)計處理變得簡單易行。

結束語

通過以上對在巢湖工程水位觀測點上應用激光測距儀觀測水位方法的分析，該方法的研發(fā)和應用，將徹底克服現(xiàn)巢湖水位觀測中出現(xiàn)的各種問題，可為國家防汛指揮系統(tǒng)、國家水調(diào)自動化系統(tǒng)水位觀測提供一種新型的觀測手段，也可廣泛用于水庫、湖泊、水電站等新建水位遙測站中，可以較低的工程費用實現(xiàn)水位連續(xù)觀測的目的，其社會和經(jīng)濟效益意義重大，具有很好的推廣使用價值。

參考文獻：

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