自记水位计记录水位实验

自记水位计是自动记录水位变化过程的装置。这里仅介绍与浮子式自记水位计有关的水位误差问题。

（一）仪器误差

1.时间误差

自记水位计时间误差主要是自记钟本身的误差和自记纸产生的误差。自记水位计使用的是普通民用时钟，走时误差可调整控制到±2min/d。记录纸上的时间坐标是12mm/h，也就是288mm/d，这是理论尺寸。由于湿度影响，纸将有伸缩。如以伸缩0.5%计，纸的最大变化为1.44mm，将产生时间记录误差7.2min/d。自记纸产生的时间误差不是仪器本身的问题，而是受环境影响的问题。

2.水位误差^[1]

（1）驱动阻力矩形成的误差。水位轮带动滚筒，必有一摩擦阻力矩。浮子要克服这一阻力矩，必然产生误差。当水位单向变化时，这项误差表现为滞后。

（2）悬索重量转移产生的误差。水位变化使悬索的一部分从水位轮的一侧移到另一侧，改变了两侧的悬索重量，也就改变了浮子相对于水面的悬索高度，从而产生水位误差。另一方面，当水位上升到一定高度时，平衡锤进入水中，受到浮力作用，相当于平衡锤这一侧的悬索重量减少。平衡锤浮力对水位误差的影响与悬索重量转移产生的误差方向相反。

（3）水位轮和悬索外径公差产生的误差。

（4）悬索滑动产生的误差。

（5）温度变化产生的误差。温度变化将使悬索长度及水位轮、悬索外径发生变化，产生水位误差。

（6）机械空程产生的误差。

（7）温度和湿度使自记纸伸长产生的误差。

（8）记录线迹太粗造成的读数误差。

仪器误差是由厂家在设计和制造仪器时予以控制的。作为用户的水文站除了对上述误差源应有一个粗略了解外，也要对其中可能控制的误差源加以控制。比如，为避免仪器室内湿度过大使自记纸伸长，应在室内加入干燥剂；又比如，为避免记录线迹太粗，加墨水时要格外小心等。当然，水文站最关心的还是自记水位计的整体精度。生产厂家于仪器出厂前在模拟的测井内进行整体检定，给出仪器的误差，而这个误差要小于允许误差。(www.xing528.com)

（二）水位变率引起的测井滞后水位误差

这项误差可在设计测井和进水管时予以控制。河流水位上涨（或下降）时，水通过进水管以一定流速流入（或流出）测井，井内水位随之上升（或下降），由于进口、出口和沿程摩阻损失，使井内水位低于（或高于）河流水位，产生水位差，这种现象通常称为测井滞后。测井滞后产生的水位差属于系统误差。测井滞后误差计算公式为[44]

式中：Aw，Ap分别为测井和进水管截面面积；g为重力加速度；dZ/dt为测井内水位变率；C为流量系数，其计算公式为

式中：ζ进，ζ出分别为进水管进口和出口的局部损失系数，取ζ进=0.5，ζ出=1.0；f为进水管沿程摩阻系数；L为进水管长度；D为进水管直径。

由此可知，滞后误差与截面面积比的平方成正比，比值越小，滞后误差越小，但截面面积比小将削弱测井的静水性能。因此，在设计测井时要在减小滞后误差和保证一定静水性能两方面兼顾。因为设计时不存在测井内水位变率，所以取河流的最大水位变率代替井内水位变率，即

在给定允许滞后误差的条件下，可求得测井和进水管截面面积比，以此作为选择测井和进水管的依据。

如果测井设计时没有考虑滞后误差，或虽考虑了滞后误差，但在使用期间出现水位变率超出最大水位变率或进水管发生了淤积等情况，按GBJ138—90《水位观测标准》规定，则需要在水位观测时计算滞后误差，其公式为

式中：dZ/dt为订正时刻测井内的水位变率，m/s；（dZ/dt）t=0为换纸时刻测井内的水位变率，m/s；α，β分别为符号系数，当dZ/dt＞0时，α=1，当dZ/dt＜0时，α=-1；当（dZ/dt）t=0＞0时，β=1，当（dZ/dt）t=0＜0时，β=-1。

在换纸时，如发现自记水位与校核水位之差超过2cm，且知该误差主要由滞后误差引起时，则需计算滞后误差，进行订正。

（三）测井内外水体密度差引起的水位误差

多沙河流的测井除受水位变率的影响产生滞后误差外，还由于含沙量的影响致使测井内外水体密度不同产生测井内外水位误差。一般，在设计测井时无法考虑这项误差。在运行阶段，可按下式计算水位误差并进行订正，即

式中：ΔZ2为测井内外水体密度差引起的水位误差，-ΔZ2为订正值；ρw为清水密度，取ρw=1.0t/m3；ρs为泥沙密度，t/m3；h0，ht分别为换纸时刻和订正时刻进水管的水头值，m；Cs0，Cst分别为换纸时刻和订正时刻井外含沙量，kg/m3。