关于水位观测及数据资料整编方法研究综述

对于水利事业而言，水文信息具有非常重要的价值，其对于汛期预警以及国民经济的发展起着至关重要的作用，而水位就是水文测验中最基本的观测要素，本文注重对水文信息的采集过程中的水位的观测方法和保证其必要的精度进行概述，最后通过科学高效的整编方法对观测数据资料进行整编，为各部门提供所需数据。

水位观测的目的和要求

水位是指：河流或其它水体的自由水面相对于某一基面的高程，其单位以米（m）表示。

水位是反映水体、水流变化的重要标志，是水文测验中最基本的观测要素，是水文测站常规的观测项目。在水文测验中，常用水位直接或间接的推算其它水文要素，如由水位通过水位流量关系，推求流量；通过流量推算输沙率；由水位计算水面比降等，从而确定其它水文要素的变化特征。

影响水位变化的因素

水位的变化主要取决于水体自身水量的变化，约束水体条件的改变，以及水体受干扰的影响等因素。

基面与水准点

水位是水体（如河流、湖泊、水库、沼泽等）的自由水面相对于某一基面的高程。一般都以一个基本水准面为起始面，这个基本水准面又称为基面。各国以某一海滨地点的特征海水位为准，这样的基准面也称绝对基面。另外，水文测验中除使用绝对基本面外还涉有假定基本，测站基面，冻结基面等。

（一）绝对基面

一般是以某一海滨地点的特征海水面为准，这个特征海水面的高程定为0.000米，目前我国使用的有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。

（二）假定基面

若水文测站附近没有国家水准网，其水准点高程暂时无法与全流域统一引据的某一绝对基面高程相连接，可以暂时假定一个水准基面，作为本站水位或高程起算的基准面。

（三）测站基面

测站基面是假定基面的一种，它适用于通航的河道上，一般将其确定在测站河库最低点以下0.5～1.0米的水面上，对水深较大的河流，可选在历年最低水位以下0.5～1.0米的水面作为测站基面。

（四）冻结基面

冻结基面也是水文测站专用的一种固定基面。一般是将测站第一次使用的基面固定下来,作为冻结基面。

水位的直接观测设备

（一）水尺的种类

水尺分直立式、倾斜式、矮桩式和悬锤式四种。其中直立式水尺应用最普遍，其它三种，则根据地形和需要选定。

（二）水尺的布置和零点离程的测量

水尺设置的位置必须便于观测人员接近，直接观读水位，并应避开涡流、回流、漂浮物等影响。在风浪较大的地区必要时应采用静水设施。

水尺布设范围，应高于测站历年最高、低于测站历年最低水位0.5m。

同一组的各支基本水尺，应设置在同一断面线上。当因地形限制或其它原因必须离开同一断面线时，其最上游与最下游一支水尺之间的同时水位差不应超过1cm。

同一组的各支比降水尺，当不能设置在同一断面线上时，偏离断面线的距离不能超过5m ,同时任何两支水尺的顺流向距离不得超过上、下比降断面距离的1/200。

五、水位的间接观测设备

间接观测设备主要由感应器、传感器与记录装置三部分组成。感应水位的方式有浮筒式、水压式、超声波式等多种类型。以下按感应分类如下：

浮子式水位计

利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。用浮子式水位计需有测井设备(包括进水管)，适合岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段。

1.工作原理：

仪器以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮的“V”形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边的力是平衡的。当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。

2.特点：

浮子式位计适用于长期测量水库、河流、湖泊、坝体测压管等的水位，是监测水位变化的有效监测设备。水位计采用磁光编码原理进行测量，其测量精度高、稳定性好、没有温漂和时漂的影响，信号可直接接入计算机，实现水位变化的自动监测。

（二）水压式水位计

通过测量水体的静水压力，实现水位测量的仪器称为压力式水位计。压力式水位计又分为气泡式压力水位计和压阻式两种。通过气管向水下的固定测点通气，使通气管内的气体压力和测点的静水压力平衡，从而实现了通过测量通气管内气体压力来实现水位测量，这种装置通常称之为气泡式水位计。

压力水位计的组成

将传感器固定在河底，用引压管消除大气压力，从而直接测得水位。压力式水位计有两类。一类为气泡型，在引压管中不断输气，用自动调节的压力天平将水压力转换成机械转角量，从而带动记录机构。另一类为压阻式，它应用固态压阻器件作传感器，可直接将水压力转变成电压模量或频率量输出,用导线传输至岸上进行处理和记录。

2.压力式水位工作原理

相对于某一个测点而言，测相对于该点处的高程，加上本测点实际水深即为水位。

即：水位=测点高程+测点处的水深

测点处的水深为：H=p/r

式中：p―测点的静水压强,g/cm；

H―测点水深，即测点至水面距离,cm；

r―水体容重g,/cm3。

当水体容重已知时，只要用压力传感器或压力变换器精确测量出测点的静水压强值，就可推算出对应的水位值。

气泡水位计工作原理与压阻式压力水位计相同。

（三）超声波水位计

超声波水位计是一种把声学和电子技术相结合的水位测量仪器。按照声波传播介质的区别可分为液介式和气介式两大类。

1.超声波水位计的结构与组成

超声波水位计一般由换能器、超声发收控制部分、数据显示记录部分和电源组成。对于液介式仪器，一般把后三部分组合在一起；对于气介式仪器一般把超声发收控制部分和数据处理部分的一部分与换能器组合在一起形成超声传感器，而把其余部分组合在一起形成显示记录仪。

（1）原理

当超声波在空气中传播遇到水面后被反射，仪器测得声波往返于传感器到水面之间的时间，根据超声波在空气中传播速度计算距离，再用传感器安装高度减去所测至水面距离即得水位。计算方法是：

V=331.45+0.61T

式中：T―气温；

t―声波往返时间。

由于超声波在空气中的传播速度是温度的函数，正确的修正波速是保证测量精度的关键，为此HW―1000C非接触超声波水位计，采用温度实时修正方法实现声波校准，以使测量精度达到规范要求。

（2）用途

1）河流、明渠水位自动监测。

2）水库坝前、坝下尾水水位监测拦物栅压差监测。

3）调压塔水位监测。

4）潮水位自动监测系统。

5）城市供水、排污水位监测系统。

（3）主要特点

1）在水位测量过程中没有任何部件接触水体，实现非接触测量。

2）不受高速水流冲击，不受水面漂浮物的缠绕、堵塞或撞击以及水质电化反应的影响。

3）设备按装不需建造水位计台，基建投资小。

4）设备无运动部件，不会因部件磨损锈蚀而产生故障，寿命长可靠性好。

原始资料的收集是基础性的，资料的整理审核好比水文测验产品的加工工序，而水文整编则是水文产品的最后一道工序即质量检验，通过整编可以检查测验工作的成败与否。另外,通过对水文资料的分析研究，对改进测验方法，提高效率也具有很重要的意义。

（作者单位：青海大学水利电力学院）