關于東南沿海水文潮位設備簡析

王柄權

摘? ?要：本文以上海海事測繪中心負責的東海海區轄區為例，分析討論目前我國東海沿海潮位觀測所廣泛使用的水文儀器，今后并以此為基礎進行研究，在北斗信息化的輔助下為進一步研發綜合性的水文信息收集與處理平臺提供思路，此時應作連續觀測，并如實記錄情況;讀取水位時若遇到風浪較大等天氣，也應作連續觀測，取其中間值作為此刻的水位觀測讀數，讀數精度精確至厘米。

關鍵詞：潮位? 觀測? 水文? 設備

中圖分類號：TV123? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（a）-0019-02

1? 研究背景

沿海水文工作歷來是各級政府高度重視和關注的領域，在航道測量、通航保障、生產生活和軍事等方面有著重要基礎的經濟和社會效益。黨中央和國務院也高度重視水文工作，水文在歷年來的抗洪防臺減災等工作中，做出了巨大貢獻，做好水文測報工作，為百姓謀福祉，服務人民。水文工作在水資源開發利用、工程建設管理、農業灌溉和城市用水、航運等方面也積極發揮了重要基礎性作用。

2? 目前情況

目前我國沿海潮汐觀測使用的主流儀器設備為：水尺（人工觀測）、浮子式水位計、雷達式水位計、壓力自容式水位計、聲學水位計等。

2.1 水尺（人工觀測）

使用水尺進行人工觀測，是之前儀器缺乏時最為廣泛使用的方法。方法過程較為簡單但同時耗費較多人力，在臨時潮位站等作業中會使用，目前國內外均使用較少。通常將水尺安裝在碼頭、引橋等橋柱或港區池壁上，在岸上一般固定在樁上確保穩固。使用過程中需要注意以下幾個方面：水位讀數時必須要保證時間的準確性;測次數除每整點一次外，還須作高潮和低潮的加密觀測，根據潮汐規律推算出下次高潮和低潮的發生時間，并在這個時間前1h開始每10min加密觀測一次;在某些海港若受淺海分潮等的影響，高潮后海面會略降后又上漲;或低潮后海面會略升后又下降。

2.2 浮子式水位計

浮子式水位計一般來說由兩個基本部分組成：浮動系統和記錄系統。浮動系統包括浮筒、平衡錘、鋼絲繩、能借浮筒升降而轉動的軸輪和隨軸輪而轉動的圓筒等。記錄系統采用格雷碼編碼方式。浮子式水位計配接水位自動測報系統后，則可實現現場水位資料的遙測遙報，在沿海區域廣為使用。

浮子式水位計是現今在長期站中普遍使用的潮位觀測儀器，有專門驗潮井或驗潮管安置驗潮儀。驗潮井（管）是驗潮站最主要的設備之一，口徑約1m，底部應在最低低潮面以下40～50cm，上面通常有若干對海水進出孔和消波器孔，使驗潮井（管）內的海水隨外部海面的升降而升降，從而避免或減小波浪的影響。消波器孔的大小視安裝當地海浪的大小而定，一般來說消波器孔的大小與驗潮井（管）的口徑大小之間的比例大約為1：10，在海浪很大的區域，消波器孔的大小再相對適當減小。除此之外，海水進出孔的大小是設計驗潮井（管）的主要技術問題，過大會使內部的海面受到波浪影響，過小也會引起內外海面的不等而產生誤差。

目前上海海事測繪中心所用浮子式水位計型均為WFH-2 型全量機械編碼。WFH-2型全量機械編碼水位計傳感器部分由浮子感測系統和軸角編碼器兩部分組成。特點是浮子傳感的結構簡單，工作穩定可靠，使用和維修較方便;測井結構為小直徑的工業管材，投資和建造費用相對較低、工期很短。而且使用的是機械編碼，沒有漏電和被雷擊的困擾。同時利用了格雷碼制，杜絕了非單值性誤差。而間歇進位使得讀數沒有模糊區。結構設計為積木化、標準化和通用化，便于裝配、檢查和維修。其他的關鍵電子器件都擇優選取了進口國際品牌產品。傳感器用于感測天然水體水位變化的同時，通過軸角編碼器將水位模擬量轉換為數字信息量，以便滿足數據信息的收集存儲、傳輸處理和顯示的需要。同樣，此儀器也適用于內陸江河湖泊、水庫、地下水、船閘等各種水工建筑物和水文站網的水位測量，為科研和防汛提供數據支持。

2.3 雷達式水位計

針對我國東南沿海潮汐規律及其特點，上海海事測繪中心在其管轄測量水域，選用了高精度、耐用、防污染和適合外界干擾因素控制的雷達傳感器。雷達水位計包括無線雷達和有線雷達兩種。目前常用的是以下兩種：VEGAPULS 63和VEGAFLEX 81。

無線雷達的原理是將內部天線系統以極短的微波脈沖輻射到待測的介質上，使得這些脈沖從介質的表面反射后被天線系統再重新接收。無線雷達從信號的發射后，到再接收的時間取決于容器中的物位。而且可以利用一種專用的時間拉伸法可以可靠并精確地測量這些極短的時間并將之換算成物位。

有線雷達的原理是使高頻雷達脈沖被耦合到一根纜（固料）或者一根棒（液體）上，并沿著該探頭運行。脈沖被介質表面反射，測量儀表可以利用雷達脈沖所需的運行時間和輸入的容器高度計算出物位。

2.4 壓力自容式水位計

壓力自容式式水位計一般是由傳感器探頭、水位記錄裝置和數據電纜線三部分組成。在實際使用的過程中，一般選擇合適地點進行安裝，以確保傳感器探頭會穩固安裝在最低低潮面以下，同時確定傳感器探頭零點的高程，設立水尺以供儀器觀測水位進行水密度訂正。上海海事測繪中心同時為壓力式水位計配接了自行開發研制的水位自動測報系統后，實現了現場水位資料的遙測遙報。

目前常用的自容式水位計為DCX-22自記式潮位儀。高精度、獨立和電池驅動是DCX-22全獨立水位數據記錄器的特色，可以用于長期記錄水深和溫度。DCX-22是絕對壓力水位傳感器，內部電子部件和電池被封裝在堅固、雙密封的316不銹鋼管內，用于長期沉入式測量。DCX-22全獨立水位數據記錄器不需要外部電線，可以用任何適合的電纜懸掛。從測量處取回DCX-22全獨立水位數據記錄器，再取下兩端密封的端蓋，即可進入DCX-22絕對壓力水位傳感器的數據端口，可以將所需時段的數據下載處理。