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1、角沂水文站水位人工观测与自动监测比对分析摘要：本文通过对角沂水文站 2018 年自记水位资料和人工观测资料的对比分析 检查自记水位设施是否能满足观测要求，是否可投入正式运行。关键词：自记水位；对比；分析1 角沂水文站概况角沂水文站位于临沂市兰山区兰山办事处沟上村，地理位置为东经11818,北纬3507。 系祊河控制站。设立于1954年5月。控制流域面积3366km2,河道干流坡度7.7%。较大支 流有唐村、西皋、温凉、上冶、石岚等河流，呈芭蕉扇形。上游修建大型水库2 座、中型水 库11座，总控制流域面积1344km2，占流域总面积的40%。角沂水文站基本断面以上建有 多处橡胶坝:颛臾橡胶坝（中
2、型级别）、姜庄湖橡胶坝（中型级别）、三南尹橡胶坝（中型级 别）、角沂橡胶坝（大二型级别）、花园橡胶坝（大二型级别）、葛庄橡胶坝（大二型级 别）、温凉河橡胶坝（大二型级别）。其中距离角沂水文站基本断面最近的橡胶坝有：角沂 水文站基本断面上游350m处的角沂橡胶坝，角沂水文站基本断面上游8km处的花园橡胶坝, 角沂水文站基本断面上游12km处的小葛庄橡胶坝。下游7.3km处入沂河。2 水位观测标准要求2.1 水位人工观测设备（1）水位的人工观测设备可包括水尺、测针式水位计和悬锤式水位计。（2）水尺分直立式、倾斜式、矮桩式等形式。（3）水尺布设应符合以下规定： 水尺设置的位置应便于观测人员接近和直接
3、观读水位。在风浪较大的地区，宜设置 静水设施。 同一组基本水尺，宜设置在同一断面线上。当因地形限制或其他原因不能设置在同 一断面线上时，其最上游与最下游水尺的水位差不应超过1cm. 相邻两支水尺的观测范围应有0.1 m0.4m的重合。（4）人工观测水位误差控制观测员在观测水位时，身体应蹲下，使视线尽量与水面平行，以减少折光产生的误差。 有波浪时，可采取下列方法尽量减少因波浪产生的误差：利用水面的暂时平静进行观读，或 者观读峰、谷水位，取其平均值；波浪较大时，可先套好静水箱再进行观测；多次观读，取 其平均值；当水尺水位受到阻水影响时，应尽可能先排除阻水因素，再进行观测；观测用的 时钟应及时校对，
4、以减少时钟走时误差。2.2 水位自动监测设备（1）水位的自动监测设备包括纸介质模拟自记水位计和数字自记水位计。本文所用的水位 的自动监测设备是数字自记水位计。(2) 选用的自记水位计应符合国家现行有关标准的规定，使用的自记水位计应选择合格产 品，并应符合国家水文质检部门的准入许可要求。(3) 测站应根据水位观测的任务、要求及河流特性、河道地形、河床组成、断面形状或河 岸地貌以及水位或潮水位变幅、涨落率、泥沙等情况，选择合适的自记水位计。(4) 用于水位自动观测各类水位传感器应符合下列规定：环境条件应符合下列规定：a、工作环境温度应为-20C+50Cb、工作环境相对湿度应为95%技术参数应符合下
5、列规定：a、分辨力应为0.1 cm、1.0 cmb、测量范围宜为010m、020m、040mc、能适应的水位变率不宜低于40 cm/min,对有特殊要求的不应低于100 cm/mind、测量允许误差应符合下表的规定自记水位计允许测量误差表(5) 自记水位误差控制水位传感器的误差可采用下列措施进行控制：安装使用前可采用室内标定的方式进行参 数率定;运行期间应按有关规定进行人工校测。水位初始值设置误差控制：对采用人工观测水位进行水文初始值设置的测站，宜选择水 位较为平稳、波浪较小等时机进行人工观测，并采用多次观测的平均值进行初始值设置;对采 用设备固定点高程进行初始值设置的测站，应定期校测;对水位
6、初始值误差超出规定范围的水 位监测过程，应进行初始值订正;定期对时;时钟误差超出规定的，应进行时间订正。3 目的水位观测是水文测验工作中基本测量要素之一。自记水位是水位观测的基本方法之一。 对于新建自记水位观测设备的站,当自记水位设施投入运行时，都必须按照水文测验规范 和水位观测标准要求进行人工与自记水位的对比分析，以此确定该水位观测设备是否能 正常投入运行，其自记水位资料可否作为正式资料使用。本文通过对角沂水文站2018 年自 记水位资料和人工观测资料的对比分析，检查自记水位设施是否能满足观测要求，是否可投 入正式运行。4 观测设备4.1 水位人工观测设备本文所用的人工观测资料使用的观测设备
7、是直立式水尺。水尺布设符合水文测验规范 和水位观测标准要求规定。人工观测水位误差均控制在水文测验规范和水位观测 标准要求范围之内。4.2 水位自动观测设备本文所用的自动观测资料使用的观测设备是：南京水利水文自动化研究所防汛设备厂生 产的 WFH-2A 型全量机械编码水位计。（1）WFH-2A 型全量机械编码水位计简介WFH-2A 型浮子式水位计用于观测江河、湖泊、水库、水渠、地下水等水体水位的变化， 并将这种变化通过机械编码的方式转换为开关数字量输出，可供水文站网、防汛、水资源水 环境监测以及相关科研部门进行水位数据的采集、传输、处理、显示、记录和存储等。WFH- 2A 型全量机械编码水位计适
8、用于具有垂直水位测井的水位观测站。本文所用的自动观测资料 使用的水位测井为垂直水位测井。（2）WFH-2A 型全量机械编码水位计执行的标准WFH-2A型全量机械编码水位计执行并符合下述标准：GB/T11828.1-2002水位测量仪 器浮子式水位计。（3）WFH-2A型全量机械编码水位计的主要技术性能及参数 、浮子直径：150mm 、水位轮工作周长：320mm 、平衡锤直径：20mm 、测量范围：040m 、分辨力：1cm 、 水位变率：100cm/min 、测量精度：量程10m时，不超出2cm；量程10m时，不超出0.2% 、输出形式：12bit格雷码 、显示方式：5位机械数字显示 、工作环
9、境：温度一10C+ 50C （水体不结冰），湿度95%RH （40C无凝露）?、贮存环境：温度一40C+60C，湿度90%RH5 对比分析5.1 对比分析资料角沂水文站浮子式自记水位计在基本水尺断面安装试运行后，至今运行正常。现将 2018年1月1日8时至2018年10月1日8时期间的自记水位数据与人工观测水位数据进行 比对。比对时段内，经历了洪水期、枯水期、冰期，观测期间河面未封冻。经过9 个月的对 比试验，摘录比测数据296组，中高水位（大于等于67.00m） 73次，低水位（小于67.00m） 223次。比测期间水位最高69.16米，最低66.26米，水位变幅达2.90米。同步水位观测对
10、 比见水位过程线图。图水位过程线5.2 误差分析水位观测标准(GB/T 50138-2010)中规定，自记水位计比测时，可按水位变幅分几 个测段分别进行，每段比测次数应不少于30次。水位数据比测，置信水平95%的综合不确 定度应为3cm，系统误差为1cm。在比测合格的水位变幅内，自己水位计可以正式使用，比 测资料可作为正式资料。依据ISO导则的不确定标准，U0.95=2Sg为各次自记水位读数； 为实测水位； n 为观测次数。根据以上公式计算分析可知，中高水位置信水平95%的综合不确定度应为1.11cm、，小 于3cm，系统误差为0.1cm，小于1cm；低水位置信水平95%的综合不确定度应为1.02cm， 小于3cm，系统误差为0.1cm，小于1cm，此两项标准均符合水位观测标准要求。在低 水时段内，部分水位过程，由于浮子式自记水位计进水口受多种因素影响，造成低水位过程 人工观测和遥测误差太大，故省略，不参加综合不确定度和系统误差计算分析。误差统计详 见表 1、表 2.表1中高水位段误差统计表6 结论角沂水文站浮子式自记水位计使用方便，维护简单，传输速度快，观测准确，精度较高 适合在常年无封冻的断面使用。通过本次对比分析，低中高水位部分系统误差和综合不确定 度均符合水位观测规范，完全满足防汛和水文资料整编要求。此自记水位计可以正常投入使 用，其观测资料可作为正式资料使用。
