水文水位觀測

水位觀測1水位與水位觀測斷面水位及其觀測的目的和意義水位的概念水位是反映水體、水流變化的水力要素和重要標志，是水文測驗中最基本的觀測要素，是水文測站常規的觀測項目。水位是指河流或其他水體（如湖泊、水庫、人工河、渠道等）的自由水面相對于某一基面的高程，其單位以米（m）表示。水位觀測的目的和意義水位是相對易于觀測的重要的水文要素，不僅可以直接用于水文預報，通過觀測的水位值可推求出其他水文觀測項目，如流量、泥沙、水溫、冰情、水庫庫容等，常需要通過水位推求。水位是防汛、抗旱、水資源調度管理、水利工程管理運行等工作的重要依據和重要資料，水位是掌握水文情況和進行水文預報的依據。水位觀測的主要內容與基本要求基本項目觀測⑴采用水尺觀測采用水尺觀測，應該按要求的測次觀讀記錄水尺讀數、觀測時間，計算觀讀時的水位與日平均水位，或統計每日出現的最高、最低水位。⑵采用自記水位計觀測采用自記水位計觀測時，應定時校對觀測值、換紙、讀取記錄資料、調整儀器，并對自記記錄進行訂正、摘錄、計算日平均水位，或統計每日出現的最高、最低水位。1.2.2水位觀測的基本要求水位觀測的基本要求是可靠、連續、控制變化過程。在水位的觀測過程中，發現問題應及時排除，使觀測數據準確可靠。同時，還要保證水位資料的連續性，不漏測洪峰和洪水過程的漲、落和轉折點的水位。對于暴漲暴落的洪水，應更加注意適當加密觀測次數，控制洪水過程中水位的變化。1..2.3水位觀測的精度要求⑴水位用某一基面以上米數表示，一般讀記至0.01mm。⑵上、下比降斷面的水位差小于0.2mm時，比降水尺水位可讀記至0.005m。1.3水尺斷面布設1.3.1基本水尺斷面布設基本水尺斷面的布設應符合下列規定：⑴基本水尺斷面應避開渦流、回流等影響；⑵河道水位站的基本水尺斷面，宜設在河床穩定、水流集中的順直河段中間，并與流向垂直；⑶水庫庫區水位站的基本水尺，應設在壩上游岸坡穩定、水流平穩且水位有代表性的地點。⑷湖泊水位站的基本水尺斷面應設在有代表性的水流平穩處；⑸當發生地震、滑坡、潰壩、泥石流等突發性災害，造成河道堵塞需要觀測水位時，基本水尺斷面的布設可視觀測目的要求和現場具體情況而定。1.3.2比降水尺斷面布設比降水尺斷面的布設應符合下列規定：⑴要求進行比降觀測的水文測站，應在基本水尺斷面的上、下游分別設置比降水尺斷面。當受地形限制時，可用基本水尺斷面兼作比降上或下斷面。⑵上、下比降斷面間不應有外水流入、內水流出，且河底坡降和水面比降均無明顯轉折。⑶比降水尺斷面的間距應使測量的往返不符值小于測段距離的0.1%。水文測驗中常用的基面水文測驗中常用的基面主要有絕對基面、假定基面、測站基面和凍結基面4種。絕對基面：一般是以某一海濱地點的平均海平面的高程定為零的水準基面，稱為絕對基面。假定基面：是為計算水文測站水位或高程而假定的水準基面。測站基面：是水文測站選在略低于歷年最低水位或河床最低點的一種專用假定的固定基面。凍結基面：是水文測站首次使用某種基面后，即將其高程固定下來的基面。凍結基面是水文測站專用的一種固定基面。水準點水準點是用水準測量方法測定達到一定精度的高程控制點。該點相對于某一采用基面的調和一般是已知的，并埋設有標石。測站水尺零點高程的測定，是從測站設立的水準點引測的。因此每個測站都要設立一定數量的水準點。3.1水準點的分類按使用和保存時間分。水準點按使用和保存時間的長短分為永久性水準點和臨時性水準點。按設立單位和用途分。水準點按設立單位和用途分為國家水準點和測站水準點。(1)國家水準點是國家測繪部門統一規劃設置并引測高程的水準點。國家水準點根據高程測量的等級又分為一等、二等、三等水準點。⑵測站水準點是水文測站為了便于進行水位觀測而設立的水準點。測站水準點分基本水準點和校核水準點兩種。基本水準點是水文測站永久性的水準點，它應設在測站附近歷年最高水位以上，地形穩定、不易損壞且便于引測的地點。基本水準點是測站最重要的水準點，是其他水準點的引測點。校核水準點是用來引測和檢查水文測站斷面水尺和其他設備高程的水準點，根據需要設在便于引測的地點。3.2水準點的設置測站水準點的設置，應符合下列規定：1基本水準點應設置在測站附近歷年最高水位以上或提防背河側；⑵測站宜在不同的位置設置3個基本水準點。⑶當基本水準點離水尺斷面較遠時，可設置校核水準點；當測站只設有1個基本水準點時，應再設置適當數量的校核水準點；⑷測站水準點應統一編號，以后無論其高程是否變動，都不應改變其編號，必要時可加輔助編號；⑸當發生地震、滑坡、地面沉降等現象時，應盡快對水準點進行校核和恢復。3.3水準點高程測量的要求沉降要求測站水準點設置后，一般需要經過一年左右的時間讓其沉降穩定。水準點穩定后才能進行高程測量（也稱高程引測）。測量要求測站水準點高程測量應符合下列規定：⑴基本水準點除列入國家一、二、三等水準網的以外，其高程應從國家三等及以上水準點用不低于三等水準引測。引據點一經選用，不得隨意更換。⑵校核水準點應從基本水準點采用三等水準接測。當條件不具備時，可采用四等水準接測。⑶基本水準點應5年-10年校測一次，穩定性較差或對水位精度要求較高的測站應3年-5年校測一次；校核水準點應每年校測1次。當有變動跡象時，應及時校測。⑷當上、下比降斷面附近分別設有校核水準點，且基本水準點向兩個校核水準點分別引測的測距之和與兩個校核點之間的測距相比相差不大時，應分別引測；當相差較大時，可從基本水準點先引測其中一個，再連測另一個。水位的直接觀測設備——水尺4.1水尺的分類(1)測站的水尺按性質和用途分可分為基本水尺、輔助水尺、校核水尺、比降水尺、最高水位水尺(洪峰水尺)。⑵按形式分測站的水尺按形式分可分為直立式、傾斜式、矮樁式、懸錘式、測針式水尺等。也常分別稱為直立水尺、傾斜水尺、矮樁水尺、懸錘水尺、測針水尺等。⑶按耐用程度分水尺按耐用程度分可分為永久水尺和臨時水尺兩種。4.2水尺的安裝直立式水尺的安裝應符合下列規定：1直立式水尺的水尺板應固定在垂直的靠樁上，靠樁宜呈流線型，可用型鋼、鐵管或鋼筋混凝土等材料制作;⑵靠樁入土深度應大于lm。松軟土層或凍土層地帶，宜埋設至松土層或凍土層以下至少0.5m；在淤泥河床上，入土深度不宜小于靠樁在河底以上高度的l.5倍。⑶在阻水作用小的堅固巖石或混凝土塊石的河岸、橋墩、水工建筑物上，可直接刻繪刻度或安裝水尺板；⑷水尺應與水平面垂直，安裝時應吊垂線校正。矮樁式水尺的安裝應符合下列規定：1矮樁入土深度與直立式水尺靠樁相同，樁頂應高出床面l0cm-20cm，⑵兩相鄰樁頂的高差宜0.4m-0.8m之間，平坦岸坡宜在0.2m-0.4m之間；⑶淤積嚴重的地方，不宜設矮樁式水尺。傾斜式水尺的安裝應符合下列規定：⑴傾斜式水尺的坡度應大于30°；⑵傾斜式水尺應將金屬板固緊在巖石岸坡上或水工建筑物的斜坡上，⑶傾斜式水尺宜每間隔2m-4m設置零點高程校核點臨時水尺的設置和安裝應符合下列規定：(1)發生下列情況之一時，應及時設置臨時水尺：原水尺損壞；原水尺凍實;原水尺處干涸；斷面出現分流且分流流量超出總流量的20%；發生特大洪水或特枯水位，超出原設水尺的觀讀范圍；分洪潰口；其他特殊情況。⑵臨時水尺可采用直立式或矮樁式，并應保證在使用期間牢固可靠；⑶當發生特大洪水、特枯水位或水尺處干涸凍實時，臨時水尺應在原水尺失效前設置；⑷當在觀測水位時才發現觀測設備損壞時，可立即打一個木樁至水下，使樁頂與水面齊平或在附近的固定建筑物、巖石上刻上標記，先用校測水尺零點高程的方法測得水位，然后再及時設法恢復觀測設備。水尺的布設應符合下列規定：水尺的布設⑴水尺設置的位置應便于觀測人員接近和直接觀讀水位；⑵水尺觀讀范圍，應高于測站歷年最高水位；0.5m以上、低于測站歷年最低水位0.5m以下；⑶同一組基本水尺，宜設置在同一斷面線上；⑷同一組比降水尺，如不能設置在同一斷面線上，偏離斷面線的距離不得超過5m；⑸相鄰兩支水尺的觀測范圍應有不小于0.1m的重合；當風浪經常性較大時，重合部分可適當增大；⑹當發生地震、滑坡、潰壩、泥石流等突發性地質災害，需要緊急觀測水位時，水尺的布設可視觀測目的要求和地理條件而定。水尺的編號水尺的編號應符合下列規定：⑴對設置的水尺應統一編號。各種編號的排列順序應為組號P—、腳號、支號、支號輔助號。組號代表水尺名稱P—基本水尺，S—比降水尺；腳號代表同類水尺的不同位置，Su—上比降水尺，Si—下比降水尺；支號代表同一組水尺中從岸上向河心依次排列的次序P1、P2，支號輔助號代表該支水尺零點高程的變動次數或在原處改設的次數P1-1、P1-2。⑵水尺代號代表水尺的不同位置。組號：P—基本水尺、C—流速儀測流斷面水尺S—比降水尺、B—其他專用或輔助水尺腳號：u—設于上游的、i—設于下游的a、b、c..…一個斷面有多股水流時，自左岸開始的⑶當設立臨時水尺時，在組號前面應加符號“T”，支號應按設立的先后次序排列，當校測后定為正式水尺時，應按正式水尺統一編號；⑷當水尺變動較大時，可經一定時期后將全組水尺重新編號，一般情況下一年重編一次；⑸水尺編號的標識應清晰直觀。直立式水尺宜標在靠樁上部，矮樁式水尺宜標在樁頂，傾斜式水尺宜標在斜面上的明顯位置。水尺零點高程校測水尺設置后，應按下列規定測定其零點高程；⑴水尺零點高程的測量應按四等水準的要求進行。⑵往返兩次水準測量應由校核水準點開始推算各測點高程。返兩次測量水尺零點高程之差，在允許誤差之內時，以兩次所測高程的平均往值為水尺零點高程；當超出允許誤差時，應予重測。水尺零點高程校測的頻次與時機⑴每年年初或汛前應校測全部水尺，汛后應校測本年度洪水到達過的水尺；⑵有封凍的測站，還應在每年封凍前和解凍后校測全部水尺。⑶沖淤嚴重或漂浮物較多的測站，在每次洪水過后，應及時校測洪水到達過的水尺；⑷當發現水尺變動或在整理水位觀測成果時發現水尺零點高程有疑問，應及時進行校測。⑸校測水尺零點高程時，當校測前后高程相差不超過本次測量的允許不符值，或雖超過允許不符值，但基本水尺小于10mm、比降水尺小于5mm時，其水尺零點高程應采用校測前的高程；當校測前后高程之差超過該次測量的允許不符值，且基本水尺大于10mm、比降水尺大于5mm時，經復測確認后應采用校測后的高程，并應及時查明水尺變動的原因及時間，確定水位的改正方法，并訂正有關水位。水位的自動監測設備水位的自動監測設備包括紙介質模擬自記水位計和數字自記水位計。選用的自記水位計應符合國家現行有關標準的規定，使用的自記水位計應選擇合格產品，并應符合國家水文質檢部門的準入許可要求。測站應根據水位觀測的任務、要求及河流特性、河道地形、河床組成、斷面形狀或河岸地貌以及水位或潮水位變幅、漲落率、泥沙等情況，選擇合適的自記水位計。用于水位自動觀測的各類水位傳感器應符合下列規定：⑴環境條件應符合下列規定：工作環境溫度應為-20°C?+50°C；工作環境相對濕度應為95%.⑵技術參數應符合下列規定：分辨力應為0.1cm、1.0cm；測量范圍宜為0-10m、0-20m、0-40m；能適應的水位變率不宜低于40cm/min，對有特殊要求的不應低于100cm/min；⑶其他要求：電源宜采用直流供電，電源電壓在額定電壓的-15%?+20%間波動時，儀器應正常工作；傳感器及輸出信號線應有防雷電抗干擾措施；應采取波浪抑制措施，傳感器的輸出應穩定；浮子式水位計平均無故障工作時間（MTBF）不應小于25000h，其他類型水位計平均無故障工作時間（MTBF）不應小于8000ho各種水位傳感器的安裝應符合下列規定：⑴安裝應牢固，不易受水流沖擊或風力沖擊的影響；⑵壓力式水位傳感器的探頭感應面與流向平行；⑶以水面作為觀測對象的傳感器的安裝，其發射方向宜垂直于水面；⑷波浪較大的測站，應采取波浪抑制措施；⑸對采用設備固定點高程進行初始值設置的測站，設備固定點高程的測量精度應不低于四等水準測量精度。浮子式水位計5.3.1浮子式水位計的工作原理浮子式水位計采用浮子感應水位，浮子漂浮在水位井內，隨水位升降而升降。浮子上的懸索繞過水位輪懸掛一平衡錘，由平衡錘自動控制懸索的位移和張緊，懸索在水位升降時帶動水位輪旋轉，從而將水位的升降轉換為水位輪的旋轉。用劃線記錄水位過程的浮子式水位計，水位輪可帶動一傳統的水位劃線記錄裝置記下水位過程。5.3.2浮子式水位計的組成浮子式水位計可以分為水位感應部分、水位傳動部分、水位記錄或水位編碼器等部分組成。使用水尺觀測水位水位觀測的一般規定6.1.1觀測時間我國規定水位觀測的時制采用北京標準時。水位的基本定時觀測時間為北京標準時間8時。6.1.2精度要求水位應讀記至1cm。當上、下比降斷面的水位差小于0.20m或有其他要求時，比降水位應讀記至0.5m。6.1.3觀測頻次水位觀測頻次應根據河流特性及水位漲落變化情況合理分布，以測到完整的水位變化過程，滿足日平均水位計算、各項特征值統計、水文資料整編和水情拍報的要求為原則。在峰頂、峰谷、水位過程轉折處應布有測次；水位漲落急劇時，應加密測次。6.1.4水位（水尺）比測當水位的漲落需要換水尺觀測時，應對兩支相鄰水尺同時比測一次。6.1.5其他要求觀測人員應攜帶觀測記載簿準時測記水位，不應提前、追記、涂改、套改、擦改和偽造。6.1.6人工觀測水位的誤差控制觀測員在觀測水位時，身體應蹲下，使視線盡量與水面平行，以減少折光產生的誤差。⑵有波浪時，可米取下列方法盡量減少因波浪產生的誤差：利用水面的暫時平靜進行觀讀，或者觀讀峰、谷水位，取其平均值；波浪較大時，可先套好靜水箱再進行觀測；多次觀讀，取其平均值。⑶當水尺水位受到阻水影響時，應盡可能先排除阻水因素，再進行觀測。⑷觀測用的時鐘應及時校對，以減少時鐘走時誤差。河道站的水位觀測6.2.1基本水尺水位的觀測次數1水位平穩時，每日8時觀測1次。穩定封凍期沒有冰塞現象且水位平穩時，可每2-5日觀測一次，但月初、月末兩天必須觀測。⑵水位變化緩慢時，每日應在8時、20時觀測兩次，冬季或枯水期20時觀測確有困難的站，經主管領導機關批準，可提前至其他時間觀測；⑶水位變化較大或出現較緩慢的峰谷時，每日應在2時、8時、14時、20時觀測四次；⑷洪水期或水位變化急劇時期，應每l-6h觀測一次，暴漲暴落時，應根據需要增為每半小時或若干分鐘觀測一次，以能測得各次峰、谷和完整的水位變化過程為原則；⑸結冰、流冰和發生冰凌堆積、冰塞的時期，應增加測次，以能測得完整的水位變化過程為原則；⑹結冰河流在封凍和解凍初期，出現冰凌堵塞，且堵、潰變化頻繁的測站，應按本條第4款的規定觀測；⑺冰雪融水補給的河流，水位出現日周期變化時，在測得完整變化過程的基礎上，經過分析可精簡測次，每隔一定時期應觀測一次全過程進行驗證；⑻枯水期使用臨時斷面水位推算流量的小河站，當基本水尺水位無獨立使用價值時，可在此期間停測；⑼當上、下游受人類活動影響或分洪、決口而造成水位變化急劇時，應及時增加觀測次數。暢流期水位觀測方法應符合下列規定：⑴水面平穩時，直接讀取水面截于水尺上的讀數，有波浪時，應讀記波浪峰、谷兩個讀數的均值；⑵采用矮樁式水尺時，測尺應垂直放在樁頂固定點上觀讀。⑶采用懸錘式或測針式水位計時，應使懸錘或測針恰抵水面，讀取固定點至水面的高度，并應在記錄的數字前加負號。冰期水位觀測方法應符合下列規定：⑴封凍期觀測水位，應將水尺周圍的冰層打開，撈除碎冰，待水面平靜后觀讀自由水面的水位；⑵打開冰孔后，當水面起伏不息時，應測記平均水位；當自由水面低于冰層底面時，應按暢流期水位觀測方法觀測。當水從孔中冒出向冰上四面溢流時，應待水面回落平穩后觀測；當水面不能回落時，可筑冰堰，待水面平穩后觀測，或避開流水處另設新水尺進行觀測；⑶當發生全斷面冰上流水時，應將冰層打開，觀測自由水面的水位，并量取冰上水深；當水下已凍實時，可直接觀讀冰上水位；⑷當發生冰層水時，應將各個冰層逐一打開，然后再觀測自由水面水位。當上述情況只是斷面上的局部現象時，應避開這些地點重新鑿孔，設尺觀測；⑸當水尺處凍實時，應向河心方向另打冰孔，找出流水位置增設水尺進行觀測；當全斷面凍實時，可停測，記錄凍實時間；⑹當出現本條第2款-第5款所述冰情時，應在水位記載簿上注明。枯水位觀測⑴河道接近干涸或斷流時，應密切注視水情變化，并記錄干涸或斷流起訖時間。⑵河道水位站在接近最低水位期間時，應根據需要增加測次，以測得最低水位及其出現時間。高洪水位觀測⑴高洪水位級的劃分應符合國家現行有關標準的規定。⑵高洪期間，應采用多種方案，以測得洪峰水位及水位變化過程。各種測驗方案應確保生產安全。⑶當漏測洪峰水位時，應及時在斷面附近找出兩個以上的洪痕，以四等水準測定其高程，均取均值作為洪峰水位，并判斷出現的時間，在水位觀測記載簿和備注欄中說明情況。⑷當遇特大洪水或洪水漫灘漫堤時，應在斷面附近另選適當地點設置臨時水尺；當附近有穩固的建筑物或粗壯的大樹、電線桿等時，可在上面安裝水尺板進行觀測；也可在高于水面的建筑物上找一個固定向下測定水位，零點高程可待水位退下后再進行測量。水位訂正方法⑴當水尺零點高程變動大于1cm時，應查明變動原因及時間，并對有關的水位記錄進行訂正。⑵水尺零點高程變動的時間，可根據繪制的本站與上、下游站的逐時水位過程線或相關線比較分析確定。⑶當能確定水尺零點高程突變時的水位時，水位在變動前應采用原測高程，校測后應采用新測高程，變動開始至校測期間應加一訂正數。⑷當已確定水尺零點高程漸變時的水位時，水位在變動前應采用原測高程，校測后應采用新測高程，漸變期間的水位按時間比例訂正，漸變終止至校測期間的水位應加同一訂正數。⑸自記水位計的自記水位值和時間與校核值之差超過下列誤差范圍時，應進行訂正：河道站，自記水位與校核水位系統偏差超出±2cm范圍，時間誤差超過2min；采用紙介質模擬自記水位計時，計時誤差日記起過5分鐘，周記起過10分鐘應進行訂正。人工觀讀水位誤差來源與控制水尺水位觀讀的主要誤差來源⑴觀測人員視線與水面不平等時所產生的折光影響。⑵波浪影響。⑶水尺附近停靠船只或有其他障礙物的阻水、壅水影響。⑷時鐘不準。⑸在有風浪、回流影響時，觀察時間過短，讀數缺乏代表性。6.4.2消除或控制誤差在人工觀測水位時，應按下列要求消除或控制誤差：（1）觀測人員觀測水位時，身體應蹲下，使視線盡量與水面平行，避免產生折光。⑵有波浪時，可利用水面的暫時平靜進行觀讀或者取峰頂、峰谷水位,取其平均值。⑶當水尺水位受到阻水影響時，應盡可能先排除阻水因素，再進行觀測。⑷隨時校對觀測的時鐘。⑸采取多次觀讀，取平均值。7使用自記水位計觀測水位自動監測設備的檢查和使用水位自動監測設備在使用過程中應按下列規定，到現場進行檢查和維護：（1） 定期檢查宜在汛前、汛中、汛后對系統進行3次全面檢查維護。（2） 不定期檢查可結合日常維護情況或根據遠程監控信息進行不定期檢查。主要是專項檢查和檢修，也可做全面檢查，視具體情況而定；（3） 日常維護主要是保持機房和測驗環境的整潔等，保持系統始終處于良好的工作環境和工作狀態；（4）駐測站宜配備維修技術人員和常用的備用備件，（5）現場維護時，應下載數據作為備份。若條件許可，也可遠程下載數據。自記水位計的比測⑴新安裝的自記水位計或改變儀器類型時應進行比測。比測合格后，方可正式使用。⑵比測時，可按水位變幅分幾個測段分別進行，每段比測次數應在30次以上。⑶比測結果應符合下列規定：一般水位站，置信水平95%的綜合不確定度應為3cm，系統誤差應為±lcm；機械鐘的走時誤差應符合下列規定：日記正負5分鐘，周記正負10分鐘，雙周記正負12分鐘。石英鐘的走時誤差應符合下列規定：日記正負0.5分鐘，周記正負2分鐘，雙周記正負3分鐘。⑷在比測合格的水位變幅內，自記水位計可正式使用，比測資料可作為正式資料。⑸不具備比測條件的無人值守站可只進行校測。自記水位計的校測⑴自記水位計的校測應定期或不定期進行，校測頻次可根據儀器穩定程度、水位漲落率和巡測條件等確定。每次校測時，應記錄校測時間、校測水位值、自記水位值、是否重新設置水位初始值等信息，作為水位資料整編的依據。⑵自記水位計的校測可選用下列方法：設有水尺的自動監測站，可采用水尺觀測值進行校測；未設置水尺的自動監測站，可采用水準測量的方法進行校測，也可采用懸鍾式水位計、測針式水位計進行校測；⑶當校測水位與自記水位系統偏差超出±2cm范圍時，應經確認后重新設置水位初始值。自記水位計的誤差控制水位傳感器的誤差可采用下列措施進行控制：（1）安裝使用前可采用室內標定的方式進行參數率定；（2）運行期間應按有關規定進行人工校測。水位初始值設置誤差可采用下列方法進行控制：（1）對采用人工觀測水位進行水位初始值設置的測站，宜選擇水位較為平穩、波浪較小等時機進行人工觀測，并采用多次觀測的平均值進行初始值設置；（2）對采用設備固定點高程進行初始值設置的測站，應定期校測。（3）對水位初始值誤差超出規定范圍的水位監測過程，應按規定進行初始值訂正。對時鐘引起的誤差可采用下列方法進行監測（1）定期對時；（2）時鐘誤差超出規定，可采用本標準7.1.6條規定的方法進行時間訂正。對水位波動引起的誤差可采用下列方法進行控制（1）可采用短時段內多次采樣的平均值作為水位值；（2）對不