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118°18′，北纬35°07′。
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：
①水尺设置的位置应便于观测人员接近和直接观读水位。
在风浪较大的地区，宜设置
静水设施。
②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.
③相邻两支水尺的观测范围应有0.1m～0.4m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，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：
①环境条件应符合下列规定：
a、工作环境温度应为-20℃～+50℃
b、工作环境相对湿度应为95％
②技术参数应符合下列规定：
a、分辨力应为0.1㎝、1.0㎝
b、测量范围宜为0～10m、0～20m、0～40m
c、能适应的水位变率不宜低于40㎝/min,对有特殊要求的不应低于100㎝/min
d、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
①、浮子直径：Φ150mm
②、水位轮工作周长：320mm
③、平衡锤直径：Φ20mm
④、测量范围：0～40m
⑤、分辨力：1cm
⑥、水位变率：≤100cm/min
⑦、测量精度：量程≤10m时，不超出±2cm；量程＞10m时，不超出±0.2%
⑧、输出形式：12bit格雷码
⑨、显示方式：5位机械数字显示
⑩、工作环境：温度－10℃～＋50℃（水体不结冰），湿度≤95%RH（40℃无凝露）
?、贮存环境：温度－40℃～＋60℃，湿度≤90%RH
5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
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。