SW40型自記水位計在灌區應用中的測量誤差分析

林建云 張 斌

(新疆水利廳金溝河流域管理處 沙灣 832100)

SW40型自記水位計在灌區應用中的測量誤差分析

林建云 張 斌

(新疆水利廳金溝河流域管理處 沙灣 832100)

本文根據多年來SW40型自記水位計在灌區量水中的應用，分析了其在安裝調試、儀器測量使用等方面產生誤差的原因，并針對這些問題提出一些有效的處理方法，盡量消除可能產生的誤差，以達到為灌區科學準確計量水量的目的。

水位測量 應用 誤差分析

在灌區量水方式中，自記水位計因其結構簡單、安裝操作方便等特點，在灌區得到了廣泛的應用。實際使用中自記水位計自動記錄過水斷面全天的水位變化，根據水位—流量關系來推求渠系過水斷面的日平均流量，進而推求日累計水量。但在使用中，自記水位計因受外界環境、自身性能及人為操作不當等因素影響，在自動測記過程中會產生記錄誤差，有的誤差是可以傳遞和不斷積累的，最終可能超過水位觀測的誤差允許范圍。因此，如何消除自記水位計的水位測量誤差，提高測配水計量的科學準確性，是保證其在灌區水量計量中正常應用的一項重要工作。下面以SW40型自記水位計在金溝河灌區的應用為例，介紹其使用過程中易產生誤差的因素及應對辦法。

1 布設位置和安裝產生的誤差及應對辦法

1.1 自記水位計的位置選擇

由于水位計安置的過水斷面處是否產生水流波幅，是否產生淤積、偏流、回水，是否受水工建筑物的影響等，都將直接影響水位計的測量精度。因此，水位計臺的安置位置應盡量避開這些地方，設在渠系斷面順直、水位流量關系代表性比較好的位置；并與流量測驗斷面重合或者接近，當兩個斷面不能重合時，應使兩斷面上的水位具有穩定的對應關系，以減少由于位置選擇不當所引起的誤差。

1.2 自記水位箱的安裝調整

在金溝河灌區的應用中，自記水位計安設在自記箱內，自記箱由箱體和與箱體垂直焊接在一起的浮筒構成，浮筒用于安放浮子和平衡錘，在浮筒表面有描繪的水尺。若自記箱安裝過程中不能做到浮筒垂直水面，一方面造成水尺讀數與水面不平行，在校核自記水位計時產生相應的誤差；一方面可能引起浮子、平衡錘與筒壁摩擦，產生記錄誤差，最終在推算水量時產生較大誤差。因此，自記水位箱在安裝調試時，應保證浮筒與水面的垂直安放，并在每年使用前及時校正。

1.3 自記水位計的安放

當自記水位計安裝好以后，若滾筒軸線與水面不平行，會產生水位記錄誤差或導致浮子和平衡錘脫落，影響水量計量的準確性。因此，水位計箱調整好以后，在安放自記水位計時，必須保證滾筒軸線水平，具體可采用水平尺來校正。

2 儀器特性產生的誤差及應對辦法

2.1 機械摩擦阻力產生水位滯后

SW40型自記水位計為浮子式自記水位計，水位變化是由浮子感應的。而浮子是通過懸索與比例輪相聯系的。所以懸索與比例輪之間存在機械摩擦阻力。另外，比例輪的轉動帶動記錄轉筒的旋轉，也使比例輪與記錄轉筒之間產生機械摩擦阻力。SW40型自記水位計配置的比例輪有四種型式：1∶1、1∶2、1∶5、1∶10。在使用 1∶5 和 1∶10 的比例輪時，比例輪與記錄轉筒是通過齒輪連接的，因此也會產生機械摩擦阻力。這些都使實際水位不能立即反映在記錄紙上，而產生水位滯后誤差。因此，平時一定要做好水位計的保養工作。

2.2 浮子配重選擇的不合理

SW40型自記水位計要求選用統一制作的浮子與平衡錘，并做好配重，使浮子與平衡錘的配重比大致在1∶0.7左右。若浮子配重過重時，使浮子吃水較多，不能準確記錄水位，往往使自記水位計測量少記水位；而浮子配重過輕時，使懸索朝平衡錘方向移動，使浮子吃水較少，也不能準確記錄實際水位，往往多記水位。這些都是由懸索重量轉移，改變浮子吃水深度產生的誤差。因此，要經常檢查浮子的配重情況，達到科學、合理的配重。

2.3 懸索長度量取的不合適

SW40型自記水位計懸索長度的確定，是為了不使平衡錘和懸索有入水的可能或者盡量減小懸索入水長度，因為平衡錘入水后會改變浮子的入水深度而引起誤差。所以應合理選擇懸索的長度。在實際工作中，懸索過長時，不能記錄到最高水位；懸索過短時，不能記錄到最底的水位，而且在遇到水位突變時，產生懸索從比例輪上脫落現象。根據多年實踐經驗，懸索長度按以下方法確定比較理想：先將平衡錘一端放入水位計測井的底部，浮子一端繞過比例輪后進入浮筒約10cm即可，還要考慮到懸索與浮子和平衡錘連接處的長度。若使用碼盤，則還要計算水位輪與碼盤連接部分的長度。

2.4 自記鐘時間行走的不準確

自記鐘是自記水位計記錄水位變化準確時間的裝置。由于各種原因，使自記鐘走時不準，比標準時間快一些或慢一些，因不能準確地反映水位變化的時間過程而產生誤差。因此，可通過拔自記鐘上的快慢針來校對自記鐘。按國家《水位觀測標準》規定，經過校對后，時間誤差每24h在±5min內即可，否則應檢修。另外自記筆牽引的鋼絲的松緊度及導向滑輪是否靈活，也會造成自記鐘停擺。根據多年的經驗，鋼絲的松緊可從筆架彈簧上反映出來，一般新彈簧不可超過筆架寬度，舊彈簧彈性差的可稍長于筆架寬度，這樣鋼絲的松緊程度比較適當。

2.5 機械傳動不協調引起的空程

SW40型自記水位計在使用時，由于浮子的升降，使懸索在比例輪上相對滑動，并未引起比例輪轉動，或者比例輪轉動了卻未達到實際的位置。有時還有比例輪的旋轉未帶動記錄轉筒旋轉，或者記錄轉筒旋轉了，但未能達到實際的位置。這些都是機械傳動空程引起的相對運動不協調而產生的水位誤差。根據多年的經驗，出現以上現象，前者要檢查浮子的配重是否科學合理，后者要檢查比例輪或記錄轉筒的軸是否滑絲，必要時更換新的比例輪。

2.6 受環境溫度的影響

SW40型自記水位計是放置在野外工作的，受氣候變化和周圍環境的影響。夏季晝夜溫差較大，引起比例輪懸索尺寸變化而造成誤差。也因在雨季受周圍條件的限制，由于水位箱的密封不好，雨淋或受潮使記錄紙產生伸縮，產生水位和時間誤差。特別是在使用的1∶5或1∶10的比例輪時，記錄紙影響較大，一般可通過密封水位計箱或加放干燥劑的方法來控制。

3 使用操作產生的誤差及應對辦法

3.1 記錄筆使用方式的影響

SW40型自記水位計配置有標準的記錄筆，即為特制的小鋼筆，所用墨水是專用的油墨，在使用過程中，經常出現因筆尖未及時清洗、儀器封閉不嚴等導致筆尖出墨不流暢，影響正常記錄；因筆尖較尖利，經常劃破記錄紙而停止或影響水位的記錄；因墨水吸入的多或少而產生漏墨或斷墨現象，影響水位的正常記錄。針對上述問題，通過不斷試驗改進，利用中性筆筆尖圓滑、出墨流暢、不需加墨等特點，采用中性筆來替代小鋼筆進行記錄，使水位計的操作既簡單方便又杜絕了上述問題，同時也保證了計量的精度。

3.2 水位定位方法的影響

SW40型自記水位計是日記式水位計，每天都需換紙并在記錄紙上進行水位定位，通常只是轉動微動輪對準水位的準確時間和水位，但這種方法并未考慮機械傳動時齒輪間的傳動間隙，雖然對準了準確的時間，但忽略了傳動間隙的影響，而產生時間記錄誤差。為了消除這一影響，在水位定位時，應使記錄筆尖稍向準確時間左移動一些，然后再往右調整至準確時間。

4 結語

SW40型自記水位計在灌區的推廣應用，為水量計量工作帶來了極大的便利，但也出現了不少的問題。通過研究摸索SW40型自記水位計的工作特性和外在因素的影響，基本能夠消除各種誤差因素的影響，充分發揮其在灌區科學、準確計量水量的作用。