水温自记遥测仪器的安装与应用

张宗敏　金哲　晋涛　罗世冰

摘 要：以汉江水文水资源勘测局水温信息全面自动化采集为例，本文探讨了水温自记遥测仪器在不同测站环境中配套基础设施的建设和安装方法。经过测试运行和成果比测分析，水温自记遥测仪器取得了良好的应用效果。

关键词：水温自记遥测仪器;水温探头安装;比测分析

中图分类号：P335 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）32-0109-03

Installation and Application of Water Temperature

Self-recording Telemetry Instrument

ZHANGg Zongmin JIN Zhe JIN Tao LUO Shibing

（Hanjiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau， Hydrology Bureau of Changjiang Water Resources Commission，Xiangyang Hubei 441022）

Abstract： Taking the comprehensive automatic collection of water temperature information from the Hanjiang Hydrological and Water Resources Survey Bureau as an example， this paper discussed the construction and installation of supporting infrastructure for water temperature self-recording telemetry instruments in different station environments. After test operation and results comparison analysis， water temperature self-recording telemetry instrument has achieved good application results.

Keywords： water temperature self-recording telemetry instrument;water temperature probe installation;comparison analysis

傳统水温数据采用人工现场采集方式，一般来说，水位观测员在8：00观测水位的同时使用水温表测量记录水温数据。随着自动化、信息化的快速发展，高精度水温传感器相继面世，自动遥测技术扩展功能实现定制应用，全面推进汉江水文局水温测量自动化水到渠成，实施顺利。

1 水温遥测系统

水温自记遥测系统主要由三部分组成[1]。一是数据采集，利用水温传感器，其型号为PHSW-12V-W2，实时采集现场水温数据。二是数据传输，利用YAC9900遥测终端，内置程序为汉江局定制的水温功能。三是数据接收，在原有的水情信息接收处理软件上扩展了水温接口，与水位、雨量数据处于同一界面，方便值班人员实时监视。

2 仪器安装方法

《水文测量规范》（SL 58—2014）要求，采集的水温数据固定为断面水下0.5m处水体温度，水温传感器探头需要随着水位的变化同步调整安装位置，始终保持水下0.5m深度不变。根据不同的测站环境，人们要选择合适的安装方法[2，3]。

襄阳市余家湖站分局有趸船固定停靠，水温自记安装于趸船尾部，安装简单，维护方便，便于人工比测。传感器金属探头卡置于不锈钢钢管水下0.5m处，钢管顶部设有检修口，随时提取探头进行清洗维护。现场安装图如图1所示，安装示意图如图2所示。

转斗湾水位站地理位置较偏僻，无可利用的船只，采用塑料浮筒和撑杆钢丝绳固定的方式安装，水温传感器位于离岸边8m的浮筒下，终端机置于自记井内。撑杆长度和混凝土基础位置需要考虑测站最大水位变幅和断面附近水下地形，必须保证浮筒全水位变幅上下浮动，同时水温传感器探头不会触碰河底。浮筒两侧斜拉钢丝绳有效减少探头浮筒上下游摆动幅度，采用不锈钢材质，悬挂拦污浮筒。

3 人工比测

在使用自记仪器前，对感温探头进行人工水温比测，如表1所示。比测时，使用测站常用（备用）表层水温计与自记仪同时测量水温，比测变幅为0～50℃，温度间隔不超过3℃，共比测30组，当比测差值大于0.5℃时，应更换感温探头，重新进行比测。比测日期为为2018年6月27日，表层水温计牌号为SWL1-1 59#。

自记仪在测站投入使用后，使用的第一个月，每周比测不少于两次，每次比测当天早、中、晚在感温探头安装处各观测一次人工水温，并与自记水温进行比对，当比测差值不小于0.5℃时，应复测一次，确保测量准确性。第一个月的比测，如果仪器稳定性良好，可继续开展后续比测工作;如果仪器稳定性较差，应及时通知技术人员对设备进行调整，并重新进行比测。

自记仪稳定工作后，每月上、中、下旬各比测不少于两次，每次比测当天早、中、晚在感温探头安装处各观测一次人工水温，并与自记水温进行比对，当比测差值不小于0.5℃时，应复测一次，每月共比测6次，每次比对水温3组。

每次比测时，对感温探头进行检查，检查有无藻类、水草、苔蘚及贝壳等水生物吸附和缠绕，如有应及时清除干净。每次比测应按规范做好记录，及时对比测结果进行分析，当出现连续性偏差（如连续性偏大或偏小）时，应查找原因，原因无法查明时应及时通知技术人员处理。

4 比测结果

将水温自记仪测得的水温值与人工观测的水温值进行逐个对照，以人工观测水温为真值计算自记设备测验误差情况。本研究选取襄阳站部分比测数据成果进行分析。

从比测情况来看，襄阳站在人工配置温度下传感器所测水温最大误差±0.2℃，系统误差为0.59%。在天然河流中比测，误差有所增大，因襄阳站位于库区内，水温变化受影响因素比较单一，故系统误差较小（-0.07%），误差分布为随机分布，误差来源主要为偶然误差，误差大小无线性变化规律。综合余家湖、宜城来看，襄阳站的比测准确度较高，比测误差出现较小的区间内，误差大多小于±0.2。

5 误差及来源分析

5.1 误差分析

以人工观测水温为真值，统计自记数据的系统误差[E]和置信水平为95%的综合不确定度X，计算公式如下。

系统误差[E]计算公式为：

式中，[Ei]为相对误差;[N]为比测次数。

经计算，得到襄阳站自记数据的系统误差[E]和z置信水平为95%的综合不确定度X，如表2所示。

5.2 误差来源分析

人们要从比测情况和仪器特性等方面对误差产生的原因进行分析，以尽可能减小测验误差。使用的传感器受自身电气性能限制，其准确度为±0.5℃，如果要取得更高精度的水温，需要更换准确度更高的传感器。观测可能存在不同步现象，环境温度、湿度及电量等因素会引起走时机构时钟误差，观测人员使用的计时工具时间可能不准，致使人工观测与仪器自记并非同步。当水质、泥沙情况较为复杂，水体酸碱度升高，泥沙含量变大或漂浮物较多时，传感器受到水体腐蚀或有杂物淤积，致使探头敏感度改变。

6 注意事项

在使用仪器的过程中，人们应注意下列问题。一是传感器应悬吊于水中，避免传感器侧壁及底部与其他物体接触，其周围防护设施应使用导热性较差的材料，避免外界温度传导引起水温变化;二是传感器应安装在水流通畅处，以保证所测水温的真实性;三是使用期间每月应进行不少于1次水温跟踪比测检查;每年分别在年初气温较低时和年中气温较高时各进行一次水温比测检查，每次比测检查记载不少于3次;四是传感器长期处于水下，受到不同水沙条件、漂浮物及水生动植物影响，因此应掌握正确的维护和保养方法，及时清除传感器周围的杂物，延长仪器使用寿命，保证资料精度。

7 结论

汉江水文水资源勘测局水温自记仪器安装采用文中所述方法，符合水温相关规范要求，经过人工和自记数据比测分析，满足生产需要。自2019年1月1日起，汉江水文水资源勘测局全面实行水温自记在线监测。

参考文献：

[1]干慧瑛.浅淡水文遥测系统中的信息采集与传输应用[J].中国水运（下半月），2013（8）：86-87.

[2]陈远鹏.浅析水情遥测系统在GSM网络B/S模式中的设计应用[J].广东科技，2010（12）：49-50.

[3]姜莉，侯正良，李伟，等.浅谈水文自动遥测系统的实际应用[J].山东水利，2001（5）：40.