SW40型自记水位计在灌区应用中的测量误差分析

林建云 张 斌

(新疆水利厅金沟河流域管理处 沙湾 832100)

SW40型自记水位计在灌区应用中的测量误差分析

林建云 张 斌

(新疆水利厅金沟河流域管理处 沙湾 832100)

本文根据多年来SW40型自记水位计在灌区量水中的应用，分析了其在安装调试、仪器测量使用等方面产生误差的原因，并针对这些问题提出一些有效的处理方法，尽量消除可能产生的误差，以达到为灌区科学准确计量水量的目的。

水位测量 应用 误差分析

在灌区量水方式中，自记水位计因其结构简单、安装操作方便等特点，在灌区得到了广泛的应用。实际使用中自记水位计自动记录过水断面全天的水位变化，根据水位—流量关系来推求渠系过水断面的日平均流量，进而推求日累计水量。但在使用中，自记水位计因受外界环境、自身性能及人为操作不当等因素影响，在自动测记过程中会产生记录误差，有的误差是可以传递和不断积累的，最终可能超过水位观测的误差允许范围。因此，如何消除自记水位计的水位测量误差，提高测配水计量的科学准确性，是保证其在灌区水量计量中正常应用的一项重要工作。下面以SW40型自记水位计在金沟河灌区的应用为例，介绍其使用过程中易产生误差的因素及应对办法。

1 布设位置和安装产生的误差及应对办法

1.1 自记水位计的位置选择

由于水位计安置的过水断面处是否产生水流波幅，是否产生淤积、偏流、回水，是否受水工建筑物的影响等，都将直接影响水位计的测量精度。因此，水位计台的安置位置应尽量避开这些地方，设在渠系断面顺直、水位流量关系代表性比较好的位置；并与流量测验断面重合或者接近，当两个断面不能重合时，应使两断面上的水位具有稳定的对应关系，以减少由于位置选择不当所引起的误差。

1.2 自记水位箱的安装调整

在金沟河灌区的应用中，自记水位计安设在自记箱内，自记箱由箱体和与箱体垂直焊接在一起的浮筒构成，浮筒用于安放浮子和平衡锤，在浮筒表面有描绘的水尺。若自记箱安装过程中不能做到浮筒垂直水面，一方面造成水尺读数与水面不平行，在校核自记水位计时产生相应的误差；一方面可能引起浮子、平衡锤与筒壁摩擦，产生记录误差，最终在推算水量时产生较大误差。因此，自记水位箱在安装调试时，应保证浮筒与水面的垂直安放，并在每年使用前及时校正。

1.3 自记水位计的安放

当自记水位计安装好以后，若滚筒轴线与水面不平行，会产生水位记录误差或导致浮子和平衡锤脱落，影响水量计量的准确性。因此，水位计箱调整好以后，在安放自记水位计时，必须保证滚筒轴线水平，具体可采用水平尺来校正。

2 仪器特性产生的误差及应对办法

2.1 机械摩擦阻力产生水位滞后

SW40型自记水位计为浮子式自记水位计，水位变化是由浮子感应的。而浮子是通过悬索与比例轮相联系的。所以悬索与比例轮之间存在机械摩擦阻力。另外，比例轮的转动带动记录转筒的旋转，也使比例轮与记录转筒之间产生机械摩擦阻力。SW40型自记水位计配置的比例轮有四种型式：1∶1、1∶2、1∶5、1∶10。在使用 1∶5 和 1∶10 的比例轮时，比例轮与记录转筒是通过齿轮连接的，因此也会产生机械摩擦阻力。这些都使实际水位不能立即反映在记录纸上，而产生水位滞后误差。因此，平时一定要做好水位计的保养工作。

2.2 浮子配重选择的不合理

SW40型自记水位计要求选用统一制作的浮子与平衡锤，并做好配重，使浮子与平衡锤的配重比大致在1∶0.7左右。若浮子配重过重时，使浮子吃水较多，不能准确记录水位，往往使自记水位计测量少记水位；而浮子配重过轻时，使悬索朝平衡锤方向移动，使浮子吃水较少，也不能准确记录实际水位，往往多记水位。这些都是由悬索重量转移，改变浮子吃水深度产生的误差。因此，要经常检查浮子的配重情况，达到科学、合理的配重。

2.3 悬索长度量取的不合适

SW40型自记水位计悬索长度的确定，是为了不使平衡锤和悬索有入水的可能或者尽量减小悬索入水长度，因为平衡锤入水后会改变浮子的入水深度而引起误差。所以应合理选择悬索的长度。在实际工作中，悬索过长时，不能记录到最高水位；悬索过短时，不能记录到最底的水位，而且在遇到水位突变时，产生悬索从比例轮上脱落现象。根据多年实践经验，悬索长度按以下方法确定比较理想：先将平衡锤一端放入水位计测井的底部，浮子一端绕过比例轮后进入浮筒约10cm即可，还要考虑到悬索与浮子和平衡锤连接处的长度。若使用码盘，则还要计算水位轮与码盘连接部分的长度。

2.4 自记钟时间行走的不准确

自记钟是自记水位计记录水位变化准确时间的装置。由于各种原因，使自记钟走时不准，比标准时间快一些或慢一些，因不能准确地反映水位变化的时间过程而产生误差。因此，可通过拔自记钟上的快慢针来校对自记钟。按国家《水位观测标准》规定，经过校对后，时间误差每24h在±5min内即可，否则应检修。另外自记笔牵引的钢丝的松紧度及导向滑轮是否灵活，也会造成自记钟停摆。根据多年的经验，钢丝的松紧可从笔架弹簧上反映出来，一般新弹簧不可超过笔架宽度，旧弹簧弹性差的可稍长于笔架宽度，这样钢丝的松紧程度比较适当。

2.5 机械传动不协调引起的空程

SW40型自记水位计在使用时，由于浮子的升降，使悬索在比例轮上相对滑动，并未引起比例轮转动，或者比例轮转动了却未达到实际的位置。有时还有比例轮的旋转未带动记录转筒旋转，或者记录转筒旋转了，但未能达到实际的位置。这些都是机械传动空程引起的相对运动不协调而产生的水位误差。根据多年的经验，出现以上现象，前者要检查浮子的配重是否科学合理，后者要检查比例轮或记录转筒的轴是否滑丝，必要时更换新的比例轮。

2.6 受环境温度的影响

SW40型自记水位计是放置在野外工作的，受气候变化和周围环境的影响。夏季昼夜温差较大，引起比例轮悬索尺寸变化而造成误差。也因在雨季受周围条件的限制，由于水位箱的密封不好，雨淋或受潮使记录纸产生伸缩，产生水位和时间误差。特别是在使用的1∶5或1∶10的比例轮时，记录纸影响较大，一般可通过密封水位计箱或加放干燥剂的方法来控制。

3 使用操作产生的误差及应对办法

3.1 记录笔使用方式的影响

SW40型自记水位计配置有标准的记录笔，即为特制的小钢笔，所用墨水是专用的油墨，在使用过程中，经常出现因笔尖未及时清洗、仪器封闭不严等导致笔尖出墨不流畅，影响正常记录；因笔尖较尖利，经常划破记录纸而停止或影响水位的记录；因墨水吸入的多或少而产生漏墨或断墨现象，影响水位的正常记录。针对上述问题，通过不断试验改进，利用中性笔笔尖圆滑、出墨流畅、不需加墨等特点，采用中性笔来替代小钢笔进行记录，使水位计的操作既简单方便又杜绝了上述问题，同时也保证了计量的精度。

3.2 水位定位方法的影响

SW40型自记水位计是日记式水位计，每天都需换纸并在记录纸上进行水位定位，通常只是转动微动轮对准水位的准确时间和水位，但这种方法并未考虑机械传动时齿轮间的传动间隙，虽然对准了准确的时间，但忽略了传动间隙的影响，而产生时间记录误差。为了消除这一影响，在水位定位时，应使记录笔尖稍向准确时间左移动一些，然后再往右调整至准确时间。

4 结语

SW40型自记水位计在灌区的推广应用，为水量计量工作带来了极大的便利，但也出现了不少的问题。通过研究摸索SW40型自记水位计的工作特性和外在因素的影响，基本能够消除各种误差因素的影响，充分发挥其在灌区科学、准确计量水量的作用。