气泡式水位计在肇源水位站中的应用

□苏本生 苏 醒

肇源水位站设立于1962年，是松花江下游控制站，集水面积363923km2。测验河段为复式河槽，河床由细砂组成。水位信息一直靠人工观测，但人工观测难以做到迅速、及时、准确地向各级防汛部门传递水位信息。针对该站河流特性和测验断面河岸不稳定的实际情况，绥化水文局于2010年为肇源水位站从哈尔滨万达华科技发展有限公司引进WL-03系列精密气泡式水位计，本文就仪器的有关情况进行介绍，并对运行情况进行分析。

一、气泡式水位计工作原理

WL-03系列精密气泡式水位计将空气通过空气过滤器过滤、净化后，气泵将空气经单向阀压入储气罐中，储气罐中的气体分两路分别向压力控制单元中的压力传感器和通入水下的通气管中输送，当气泵停止吹气时，单向阀闭合，水下通气管口被气体封住。从而形成了一个密闭的连接压力传感器和水下通气管口的空腔。根据压力传递原理可知，在通气管道内的气体达到动态平衡时，水下通气管口所承受的压力经过通气管传递到压力控制单元的压力传感器上。所以，水下通气管口的压力和压力控制单元的压力传感器所承受的压力相等，用此压力值减去大气压力值，即可得到水头的净压值，从而便可得出测量水位值。

二、气泡式水位计用途

WL-03系列精密气泡式水位计具有高度的灵活性和广泛的适应性。

(一)河流水位、明渠水位自动监测。(二)水库坝前、坝下尾水水位监测。(三)调压塔(井)水位监测。(四)潮位自动监测系统和诚实供水、排污水位监测系统。

三、气泡式水位计的突出性能与创新点

WL-03精密气泡式水位监测系统的突出性能在于：可以在严寒水面结冰、风浪大、高温、高湿及泥沙含量大等十分恶劣的条件下长期、稳定的工作，并能保证足够的精确度。

WL-03系列精密气泡式水位计较目前国内外通常采用的气泡式水位计的创新点在于：

(一)独特的气路系统设计及高质量元器件的采用，确保了该系统的足够测量精度及长期工作的可靠性；(二)采用物理、化学性能十分稳定的瓶装纯氮气作为测量压力的载气，从而避免受停电、空气潮湿、水生物滋生等多种外界因素对测量精度的影响；(三)采用独特的新型机械——电子滤波器，可简便而有效地在实施测量时消除水面波浪对传感器接收信号的干扰；(四)无需建测井，可大量节省土建费用；(五)选配了先进的记录仪，保证数据可采取多种通信方式(GPRS、超短波、卫星等)进行遥测、遥控并按要求报出实时水位及历史水位的数据、曲线等，操作十分方便。

四、观测成果分析

肇源水位站安装的气泡式水位计自2010年8月1日开始使用，现将2010年8月2日～8月31日运行情况分析如下：以人工观测水位与气泡式水位计实测水位资料为例，见气泡式水位计与人工观测水位对比表1。

从表1中统计数据可以看出，气泡式水位计遥测与人工观测水位，差值>2cm的有3次，出现的机率为1.7%；差值在±2cm的有14次，出现机率为8.1%；差值在±1cm的有91次，出现机率为52.9%；差值在0的有64次，出现机率为37.2%。时钟误差1个月累计误差为2s，经下列公式计算可知：

式中： Pyi为自动监测水位；Xz为综合不确定度；Pi为人工校测水位；N为校测次数；为系统不确定度；随即不确定度。

系统不确定度为0.27cm，随机不确定度为1.93cm，置信水平95%的综合不确定度为1.94cm，<3cm，肇源水位站2010年汛期所采集到的水位资料达到水位观测标准精度要求。

把人工观测水位资料和气泡式测量到的水位资料当作是两个独立系列，分析两系列相关关系的密切程度(回归方程式)。由于两系列的点据多，经电脑分析，两系列的相关系数为1.00，表示两系列的相应点均基本落在回归线上，表明它们之间的关系最为密切(见气泡式水位与人工观测水位相关图)，回归方程为：

式中：ZX为人工观测水位，m；ZY为气泡式水位，m。

从回归方程和关系图可以看出：WL-03系列精密气泡式水位计测定的结果与人工观测的结果非常接近，只需按照上式进行订正就可满足规范要求，说明该仪器精度较高，性能较好。

气泡式水位计与人工观测水位对比表

五、结束语

肇源水位站是绥化市水位测站中第一个应用气泡式水位自动采集水位信息的水位站，通过对WL-03系列精密气泡式水位在2010年汛期的实际应用分析可以看出，WL-03系列精密气泡式水位的测量精度完全符合《水位观测标准》要求，其稳定性能满足生产要求，它能实时量测水位，在室内即可监视水位变化，为抢测洪峰提供准确的水位数据，极大地提高了水文测验的工作效率；同时气泡式水位计具有不需要建测井、观测迅速、方便、省时、省力、造价低的特点，既经济实惠又有远程通讯功能，可与计算机连接，向自动化、智能化方向发展，在全市高含沙量的河流中有良好的应用前景。