浮子式水位计在水库应用中的误差分析

程雯嘉

摘 要：为了减小浮子式自记水位计在水库坝上运用的误差，本文采用直线匀速比例法和线性趋势比例法对坝上自记水位记录值进行分析订正。通过对多年的实测值与记录值进行比测试验分析，探索出一套浮子式水位计误差管控及记录值的订正方法，解决了浮子式水位计在库水位测验时修建专用测井的难题，为推广水库坝上使用同类型仪器提供了借鉴。

关键词：水位计;坝上水位;误差管空对比

中图分类号：P332.3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0100-02

Error Analysis of Float Gauge in Reservoir Application

CHENG Wenjia

（Zhangye Hydrologic and Water Resources Survey Bureau of Gansu Province，Zhangye Gansu 734000）

Abstract： In order to reduce the error of floating self-recording water level meter in the application of reservoir dam， this paper adopted linear uniform proportional method and linear trend proportional method to analyze and correct the self-recording water level on the dam. Based on the analysis of many years' test of measured value and recorded value， this paper explored a set of error control and correction methods of float type water level gauge， solved the problem of building special logging for float type water level gauge in reservoir water level test， and made some attempts to popularize the same type of instrument on reservoir dam.

Keywords： water level gauge;water level on the dam;error tube space comparison

甘肃省有中小型水库287座。很多水库在大壩水位观测中曾经使用过浮子式水位计，但因使用和操作方法欠妥，实现不了预期目标而终止。近年来，一些水库安装远传式高清红外线摄像头观测水位，受遮光、地形限制未能全程监测水位，且视线误差大，超出规范允许值。此外，甘肃省很多中小型水库的坝上水位仍然沿用传统人工观测办法，水位观测外业工作量十分繁重。

1 误差分析与管控

1.1 机械误差

机械误差主要是仪器感应部件的摩阻力、主笔与来复杆的摩擦力、弹簧与传动轮动能转换阻力等机械因数所致。首先，仪器感应部件的摩阻力较大，尽量用0.01mm不锈钢钢丝连接浮筒与平衡锤，减轻了水位轮与悬索的摩阻力。其次，当水位变幅较大时，应随时调整主笔与来复杆的间隙，并保持主笔与来复杆的灵敏度。最后，相关部门需经常检查弹簧与传动轮动能的机械运行状况，防止弹簧、传动轮被卡，增大机械阻力。

1.2 承压洞回流误差

当水库下游电站机组或锥蕊阀开闭闸门时，承压洞内产生回流，竖井内瞬间水位急剧变化，浮子会有瞬间失重现象。校测水位计记录量时，视主笔方向，重新订正水位坐标。为了减轻回流造成的误差，在水位计浮子上部的悬索上悬挂较轻的辅助平衡锤。当浮子被水位突然托起失重时，此辅助平衡锤仍能张紧悬索[1]，可缓解浮子短期失重现象。

1.3 浮筒重力变量误差

在观测坝上水位时，水位计的浮筒受水库高、中、低不同水位级浮力的影响，浮力变量会产生误差，且误差超过允许范围时，需做重力调整。根据大坝水位涨落情况，调节浮筒内石子或平衡锤的重量，以消除不同水位级浮力变量中产生的误差。在仪器运行中，平衡锤应离开水面，避免产生复杂的双重浮力变量误差。

1.4 水尺观读误差

在有风浪时，坝上基本水尺水位观测方式欠妥，读数误差较大。在人工观测或校测水位时，身体应尽量下蹲，使视线与水面平衡，避免产生遮光;也可以利用水面暂时平静进行观读或者读取峰顶谷水位，取其平均值;有条件的观测站应尽量安装静水箱再进行观读[2]。

1.5 距离误差

水库基本水尺断面与竖井水位计的距离较远，水位变率大时，会产生距离误差，应尽量缩短校测时间，或者从水位计记录上线上订正。

1.6 基本水尺的系统误差与偶然误差

水尺零点高程在每年汛前汛后校测，如果发现水尺零点高程超过10mm时，及时分析修正水库基本水尺水位;进入汛期描画水尺时，逐段校测高程以减小误差，遇特殊情况时需加密校测次数。

2 记录值的订正

水库在坝上建有竖井（竖井内设启闭闸门，是控制水库承压洞下游锥蕊阀和电站机组检修、故障排除的安全保证设施）。例如，张掖市民乐县瓦房城水库坝上水位观测主要依靠SWY20型月记式水位计，通过大量实测值与记录订正值进行同步比测分析。

非汛期水位变率较小，在竖井内水位计下砼上设临时水准点，每月用悬锤式水尺校测1～2次，仪器运行正常，误差与人工观测值相同，能够达到仪器设计的精度要求;放水期间4～11月份库水位变率在4～30cm，日水位变率大，且受水库调度水量影响，竖井内产生回流时，基本水尺观测水位与水位计记录水位误差相差较大，需要管控误差来源与记录值的分析订正。通过试验验证，石英晶体自计钟运行31d，时间累计记录误差≤5mim，故省略时间订正。

2.1 直线匀速比例法

水库坝上水位读数与记录水位误差较小且变率均匀时，采用直线匀速比例法订正。将人工实测水位与自记记录水位的差值，均匀分摊到订正水位各时段。

2.2 线性趋势比例法

线性趋势比例法主要适用库水位变率急剧期间。依据记录水位在各时段水位变率的大小，以6min的整倍数为单位，采用比例分析水位线性变化的趋势，各时段记录水位变率，按比例做误差订正，如表1所示。从表1可知：实测值与订正值二者线性趋势完全相同，个别测点的误差均在规范允许的0.02m人工观测范围内。上游入库流量与降水量过程相符，符合流域特性。

3 结论

在水库水位观测中，本文通过浮子式水位计误差管控、库水位实测值与记录订正水位进行同步对比测验，得出了如下结论。①可全程监控坝上水位，记录订正值与人工观测过程相符，精度满足规范要求。②消除了人工测量库水位受风浪影响时入库流量有时出现负值的现象，提高了库水位监测精度，同时减轻人工观测劳动强度。③在非汛期实用性颇强，竖井里温度较高，水体不结冰，无需进行记录量分析订正，冬季不再每日观测打冰作业，极大地减轻了外业工作量，为水文测验方式的改革奠定基础。

参考文献：

[1]朱晓原.水文测验实用手册[M].北京：北京水利电力出版社，2013.

[2]王锦生.水文测验手册[M].北京：北京水利电力出版社，1983.