水溫自記遙測(cè)儀器的安裝與應(yīng)用

張宗敏　金哲　晉濤　羅世冰

摘 要：以漢江水文水資源勘測(cè)局水溫信息全面自動(dòng)化采集為例，本文探討了水溫自記遙測(cè)儀器在不同測(cè)站環(huán)境中配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和安裝方法。經(jīng)過測(cè)試運(yùn)行和成果比測(cè)分析，水溫自記遙測(cè)儀器取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：水溫自記遙測(cè)儀器;水溫探頭安裝;比測(cè)分析

中圖分類號(hào)：P335 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

傳統(tǒng)水溫?cái)?shù)據(jù)采用人工現(xiàn)場(chǎng)采集方式，一般來說，水位觀測(cè)員在8：00觀測(cè)水位的同時(shí)使用水溫表測(cè)量記錄水溫?cái)?shù)據(jù)。隨著自動(dòng)化、信息化的快速發(fā)展，高精度水溫傳感器相繼面世，自動(dòng)遙測(cè)技術(shù)擴(kuò)展功能實(shí)現(xiàn)定制應(yīng)用，全面推進(jìn)漢江水文局水溫測(cè)量自動(dòng)化水到渠成，實(shí)施順利。

1 水溫遙測(cè)系統(tǒng)

水溫自記遙測(cè)系統(tǒng)主要由三部分組成[1]。一是數(shù)據(jù)采集，利用水溫傳感器，其型號(hào)為PHSW-12V-W2，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)水溫?cái)?shù)據(jù)。二是數(shù)據(jù)傳輸，利用YAC9900遙測(cè)終端，內(nèi)置程序?yàn)闈h江局定制的水溫功能。三是數(shù)據(jù)接收，在原有的水情信息接收處理軟件上擴(kuò)展了水溫接口，與水位、雨量數(shù)據(jù)處于同一界面，方便值班人員實(shí)時(shí)監(jiān)視。

2 儀器安裝方法

《水文測(cè)量規(guī)范》（SL?58—2014）要求，采集的水溫?cái)?shù)據(jù)固定為斷面水下0.5m處水體溫度，水溫傳感器探頭需要隨著水位的變化同步調(diào)整安裝位置，始終保持水下0.5m深度不變。根據(jù)不同的測(cè)站環(huán)境，人們要選擇合適的安裝方法[2，3]。

襄陽(yáng)市余家湖站分局有躉船固定停靠，水溫自記安裝于躉船尾部，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，便于人工比測(cè)。傳感器金屬探頭卡置于不銹鋼鋼管水下0.5m處，鋼管頂部設(shè)有檢修口，隨時(shí)提取探頭進(jìn)行清洗維護(hù)。現(xiàn)場(chǎng)安裝圖如圖1所示，安裝示意圖如圖2所示。

轉(zhuǎn)斗灣水位站地理位置較偏僻，無可利用的船只，采用塑料浮筒和撐桿鋼絲繩固定的方式安裝，水溫傳感器位于離岸邊8m的浮筒下，終端機(jī)置于自記井內(nèi)。撐桿長(zhǎng)度和混凝土基礎(chǔ)位置需要考慮測(cè)站最大水位變幅和斷面附近水下地形，必須保證浮筒全水位變幅上下浮動(dòng)，同時(shí)水溫傳感器探頭不會(huì)觸碰河底。浮筒兩側(cè)斜拉鋼絲繩有效減少探頭浮筒上下游擺動(dòng)幅度，采用不銹鋼材質(zhì)，懸掛攔污浮筒。

3 人工比測(cè)

在使用自記儀器前，對(duì)感溫探頭進(jìn)行人工水溫比測(cè)，如表1所示。比測(cè)時(shí)，使用測(cè)站常用（備用）表層水溫計(jì)與自記儀同時(shí)測(cè)量水溫，比測(cè)變幅為0～50℃，溫度間隔不超過3℃，共比測(cè)30組，當(dāng)比測(cè)差值大于0.5℃時(shí)，應(yīng)更換感溫探頭，重新進(jìn)行比測(cè)。比測(cè)日期為為2018年6月27日，表層水溫計(jì)牌號(hào)為SWL1-1?59#。

自記儀在測(cè)站投入使用后，使用的第一個(gè)月，每周比測(cè)不少于兩次，每次比測(cè)當(dāng)天早、中、晚在感溫探頭安裝處各觀測(cè)一次人工水溫，并與自記水溫進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)比測(cè)差值不小于0.5℃時(shí)，應(yīng)復(fù)測(cè)一次，確保測(cè)量準(zhǔn)確性。第一個(gè)月的比測(cè)，如果儀器穩(wěn)定性良好，可繼續(xù)開展后續(xù)比測(cè)工作;如果儀器穩(wěn)定性較差，應(yīng)及時(shí)通知技術(shù)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，并重新進(jìn)行比測(cè)。

自記儀穩(wěn)定工作后，每月上、中、下旬各比測(cè)不少于兩次，每次比測(cè)當(dāng)天早、中、晚在感溫探頭安裝處各觀測(cè)一次人工水溫，并與自記水溫進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)比測(cè)差值不小于0.5℃時(shí)，應(yīng)復(fù)測(cè)一次，每月共比測(cè)6次，每次比對(duì)水溫3組。

每次比測(cè)時(shí)，對(duì)感溫探頭進(jìn)行檢查，檢查有無藻類、水草、苔蘚及貝殼等水生物吸附和纏繞，如有應(yīng)及時(shí)清除干凈。每次比測(cè)應(yīng)按規(guī)范做好記錄，及時(shí)對(duì)比測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)性偏差（如連續(xù)性偏大或偏小）時(shí)，應(yīng)查找原因，原因無法查明時(shí)應(yīng)及時(shí)通知技術(shù)人員處理。

4 比測(cè)結(jié)果

將水溫自記儀測(cè)得的水溫值與人工觀測(cè)的水溫值進(jìn)行逐個(gè)對(duì)照，以人工觀測(cè)水溫為真值計(jì)算自記設(shè)備測(cè)驗(yàn)誤差情況。本研究選取襄陽(yáng)站部分比測(cè)數(shù)據(jù)成果進(jìn)行分析。

從比測(cè)情況來看，襄陽(yáng)站在人工配置溫度下傳感器所測(cè)水溫最大誤差±0.2℃，系統(tǒng)誤差為0.59%。在天然河流中比測(cè)，誤差有所增大，因襄陽(yáng)站位于庫(kù)區(qū)內(nèi)，水溫變化受影響因素比較單一，故系統(tǒng)誤差較小（-0.07%），誤差分布為隨機(jī)分布，誤差來源主要為偶然誤差，誤差大小無線性變化規(guī)律。綜合余家湖、宜城來看，襄陽(yáng)站的比測(cè)準(zhǔn)確度較高，比測(cè)誤差出現(xiàn)較小的區(qū)間內(nèi)，誤差大多小于±0.2。

5 誤差及來源分析

5.1 誤差分析

以人工觀測(cè)水溫為真值，統(tǒng)計(jì)自記數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差[E]和置信水平為95%的綜合不確定度X，計(jì)算公式如下。

系統(tǒng)誤差[E]計(jì)算公式為：

式中，[Ei]為相對(duì)誤差;[N]為比測(cè)次數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，得到襄陽(yáng)站自記數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差[E]和z置信水平為95%的綜合不確定度X，如表2所示。

5.2 誤差來源分析

人們要從比測(cè)情況和儀器特性等方面對(duì)誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，以盡可能減小測(cè)驗(yàn)誤差。使用的傳感器受自身電氣性能限制，其準(zhǔn)確度為±0.5℃，如果要取得更高精度的水溫，需要更換準(zhǔn)確度更高的傳感器。觀測(cè)可能存在不同步現(xiàn)象，環(huán)境溫度、濕度及電量等因素會(huì)引起走時(shí)機(jī)構(gòu)時(shí)鐘誤差，觀測(cè)人員使用的計(jì)時(shí)工具時(shí)間可能不準(zhǔn)，致使人工觀測(cè)與儀器自記并非同步。當(dāng)水質(zhì)、泥沙情況較為復(fù)雜，水體酸堿度升高，泥沙含量變大或漂浮物較多時(shí)，傳感器受到水體腐蝕或有雜物淤積，致使探頭敏感度改變。

6 注意事項(xiàng)

在使用儀器的過程中，人們應(yīng)注意下列問題。一是傳感器應(yīng)懸吊于水中，避免傳感器側(cè)壁及底部與其他物體接觸，其周圍防護(hù)設(shè)施應(yīng)使用導(dǎo)熱性較差的材料，避免外界溫度傳導(dǎo)引起水溫變化;二是傳感器應(yīng)安裝在水流通暢處，以保證所測(cè)水溫的真實(shí)性;三是使用期間每月應(yīng)進(jìn)行不少于1次水溫跟蹤比測(cè)檢查;每年分別在年初氣溫較低時(shí)和年中氣溫較高時(shí)各進(jìn)行一次水溫比測(cè)檢查，每次比測(cè)檢查記載不少于3次;四是傳感器長(zhǎng)期處于水下，受到不同水沙條件、漂浮物及水生動(dòng)植物影響，因此應(yīng)掌握正確的維護(hù)和保養(yǎng)方法，及時(shí)清除傳感器周圍的雜物，延長(zhǎng)儀器使用壽命，保證資料精度。

7 結(jié)論

漢江水文水資源勘測(cè)局水溫自記儀器安裝采用文中所述方法，符合水溫相關(guān)規(guī)范要求，經(jīng)過人工和自記數(shù)據(jù)比測(cè)分析，滿足生產(chǎn)需要。自2019年1月1日起，漢江水文水資源勘測(cè)局全面實(shí)行水溫自記在線監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

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