黑龍江干流暢流期水位觀測(cè)防浪方案的應(yīng)用

王化鑫，常春超，曲志強(qiáng)（松遼委水文局黑龍江上游水文水資源中心，黑龍江黑河164300）

黑龍江干流暢流期水位觀測(cè)防浪方案的應(yīng)用

王化鑫，常春超，曲志強(qiáng)
（松遼委水文局黑龍江上游水文水資源中心，黑龍江黑河164300）

文中闡述了手持激光測(cè)距儀在黑龍江干流暢流期水位觀測(cè)防浪方測(cè)驗(yàn)中比測(cè)及應(yīng)用情況，并對(duì)通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析其與人工觀測(cè)值誤差。結(jié)果表明：兩種觀測(cè)方法結(jié)果吻合較好，觀測(cè)差值最大為1cm，兩種方法觀測(cè)值的相對(duì)百分比也在0.011%以內(nèi)，觀測(cè)效果理想。

水位；激光觀測(cè)；應(yīng)用

1 水位觀測(cè)設(shè)備及常用方法

1.1 水位觀測(cè)設(shè)備

目前，松遼委水文局所屬的水文站的水位觀測(cè)設(shè)備為直接觀測(cè)設(shè)備，主要是指各種傳統(tǒng)水尺。人工水位觀測(cè)水尺一般分為直立（高樁）式、矮樁式。選擇水尺形式時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用直立式水尺，當(dāng)直立式水尺設(shè)置或測(cè)讀有困難，可選用矮樁式水尺。黑龍江上游中心的所屬水文站的水尺均為混合式，即高樁與矮樁水尺相結(jié)合。流冰可能破壞的區(qū)域設(shè)立矮樁水尺，其余為高樁水尺。設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便，但工作量大。

1.2 水位觀測(cè)常用方法

黑龍江上游中心的所屬水文站的水位觀測(cè)方法，主要還是直接觀測(cè)，即人工觀測(cè)。人工直接讀取水尺讀數(shù)加水尺零點(diǎn)高程既得水位。測(cè)法簡(jiǎn)單，比較方便，但存在人為誤差。

2 存在的問(wèn)題及解決辦法

2.1 存在的問(wèn)題

人工觀讀水位的誤差主要由以下方面產(chǎn)生：觀測(cè)員視線與水面不平行所產(chǎn)生的折光影響；波浪影響；水尺附近?？看换蛴衅渌系K物的阻水、雍水影響；時(shí)鐘不準(zhǔn)；在風(fēng)浪、回流、假潮影響時(shí)觀察時(shí)間過(guò)短、讀數(shù)缺乏代表性。

黑龍江上游中心的所屬水文站水位觀測(cè)中存在的問(wèn)題，表現(xiàn)在水位觀測(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單及觀測(cè)方法簡(jiǎn)單方便，但工作量較大，而且無(wú)論是高樁水尺還是矮樁水尺觀測(cè)，都是通過(guò)讀取水尺（板）與自由水面的讀數(shù)計(jì)算水位值，所以很難消除波浪影響。江面出現(xiàn)風(fēng)浪是黑龍江經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，普遍做法是觀測(cè)者憑經(jīng)驗(yàn)取均值。這一做法的弊端是觀測(cè)值受觀測(cè)者的主觀影響，人為誤差較大，不夠嚴(yán)謹(jǐn)。

2.2 水位觀測(cè)誤差的解決辦法

針對(duì)人工觀讀水位的誤差主要來(lái)源，黑龍江上游中心的所屬水文站在進(jìn)行水位觀測(cè)時(shí)，做到了以下要求：觀測(cè)員觀測(cè)水位時(shí)，身體蹲下，視線盡量與水平面平行，避免產(chǎn)生折光；當(dāng)水尺受到阻水影響時(shí)，盡可能排除阻水因素，再進(jìn)行觀測(cè)；校對(duì)觀測(cè)的時(shí)鐘；采取多次觀讀，取平均值；有波浪時(shí)，利用水面的暫時(shí)平靜進(jìn)行觀讀或讀取峰頂峰谷水位，取其平均值。[3]但唯獨(dú)規(guī)范中要求“波浪較大時(shí)，可先套好靜水箱再進(jìn)行觀測(cè)”這一條，始終沒(méi)有得到好的解決辦法。

南方及北方部分地區(qū)采用自計(jì)井等方法，解決了這一問(wèn)題，但對(duì)于黑河地區(qū)這種受凍融以及冰凌災(zāi)害較嚴(yán)重地區(qū)而言，許多方法并不適用，針對(duì)這一問(wèn)題，手持激光測(cè)距儀在黑龍江干流暢流期水位觀測(cè)防浪方案中得到了較好的應(yīng)用。

3 手持激光測(cè)距儀的應(yīng)用

3.1 簡(jiǎn)易靜水裝置

利用高樁水尺管內(nèi)觀測(cè)方法，消除風(fēng)浪影響是思路。高樁水尺的下端與水體相通，根據(jù)連通器原理，管內(nèi)水位與江河自由水面是一致的，在有風(fēng)浪時(shí)，江水表面受風(fēng)浪影響起伏不定，出現(xiàn)波峰、波谷現(xiàn)象，管內(nèi)水位幾乎不受風(fēng)浪影響，這樣就起到了靜水的作用。

3.1 對(duì)水尺的安裝和改進(jìn)

水尺沿水位斷面線上設(shè)置。觀測(cè)所用的水尺同傳統(tǒng)的直立式水尺相似，都是由水尺靠樁和水尺板組成，將水尺板固定在水尺靠樁上，但水尺靠樁底部留有部分空隙，使得水尺的下端與水體相通。水尺靠樁為鋼管材料制成，水尺板由長(zhǎng)1.1 m的鐵質(zhì)材料制成。

安裝后，用四等水準(zhǔn)測(cè)量的方法，測(cè)定水尺的零點(diǎn)高程和水尺靠樁的樁頂高程。有風(fēng)浪的情況下，利用激光測(cè)距儀測(cè)量水位，同時(shí)，可觀測(cè)水尺板的讀數(shù)，得到水位，進(jìn)行比測(cè)；在無(wú)風(fēng)浪的情況下，可直接觀測(cè)水尺板的讀數(shù)，得到水位。

3.3 手持激光測(cè)距儀測(cè)水位原理

手持激光測(cè)距儀測(cè)水位原理同激光水位計(jì)原理是相同的，由于激光不能直接在水面進(jìn)行反射而直接穿透到水底，故在水面需要放置反射板，工作時(shí)，安裝在水面上方的儀器向水面發(fā)射激光脈沖，通過(guò)接收水面對(duì)激光的反射，測(cè)出激光的傳輸時(shí)間，即可測(cè)得水位。

將手持激光測(cè)距儀垂直放于水尺頂端，利用激光測(cè)距儀觀測(cè)反射板到水尺頂端的距離hX，已知反射板厚度為a，水尺頂端高程H，則水位

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