水位是描述水體自由水面相對(duì)于特定基面高程的水文參數(shù)，為反映江河湖泊水情變化最直觀的指標(biāo)。計(jì)算水位所用基面可以是以某處特征地平線高程作為零點(diǎn)水準(zhǔn)基面，稱為絕對(duì)基面，常用的是黃海基面；也可以用特定點(diǎn)高程作為參證計(jì)算水位的零點(diǎn)，稱測(cè)站基面。水位變化主要由水體水量增減引起，可通過(guò)水位過(guò)程線直觀反映動(dòng)態(tài)趨勢(shì)。水位過(guò)程線是通過(guò)坐標(biāo)系展現(xiàn)水位隨時(shí)間變化的曲線，橫軸為觀測(cè)時(shí)間，縱軸為水位高程，可清晰反映洪峰演進(jìn)、退水過(guò)程等水文特征。
基本簡(jiǎn)介
水位是水體（如河流、湖泊、水庫(kù)、沼澤等）的自由水面相對(duì)于某一基面的高程。一般都以一個(gè)基本水準(zhǔn)面為起始面，這個(gè)基本水準(zhǔn)面又稱為基面。由于基本水準(zhǔn)面的選擇不同，其高程也不同，在測(cè)量工作中一般均以大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。
大地水準(zhǔn)面是平均海水面及其在全球延伸的水準(zhǔn)面，在理論上講，它是一個(gè)的連續(xù)閉合曲面。但在實(shí)際中無(wú)法獲得這樣一個(gè)全球統(tǒng)一的大地水準(zhǔn)面，各國(guó)只能以某一海濱地點(diǎn)的特征海水位為準(zhǔn)。這樣的基準(zhǔn)面也稱絕對(duì)基面，另外，水文測(cè)驗(yàn)中除使用絕對(duì)基本面外還涉有假定基本，測(cè)站基面，凍結(jié)基面等。
表達(dá)水位所用基面，通常有兩種：一種是絕對(duì)基面，一種是測(cè)站基面。中國(guó)目前采用的絕對(duì)基面是黃海基面，是以黃海口某一海濱地點(diǎn)的特征海水面為零點(diǎn)的。在以前我省還曾采用過(guò)吳淞鎮(zhèn)基面，為使各站的水位便于比較，在“水文年鑒”中均注明了黃海與吳淞基面的換算關(guān)系。
如長(zhǎng)沙水位站，所使用的基面為吳淞基面，將其換算為黃海基面起算水位，則：黃海基面以上水位=現(xiàn)觀測(cè)水位（吳淞基面）―2.280米測(cè)站基面，是水文測(cè)站專用的一種固定基面，以略低于歷年最低水位或河床最低點(diǎn)作為零點(diǎn)來(lái)計(jì)算水位高程。為便于比較各站水位，在刊布水文資料時(shí)，均注明了該基面與絕對(duì)基面的關(guān)系，換算關(guān)系可將測(cè)站基面水位換算為絕對(duì)基面水位。
目的和要求
水位是反映水體、水流變化的重要標(biāo)志，是水文測(cè)驗(yàn)中最基本的觀測(cè)要素，是水文測(cè)站常規(guī)的觀測(cè)項(xiàng)目。水位觀測(cè)資料可以直接應(yīng)用于堤防、水庫(kù)、電站、堰閘、澆灌、排澇、航道、橋梁等工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等過(guò)程中。
水位是防汛抗旱斗爭(zhēng)中的主要依據(jù)，水位資料是水庫(kù)、堤防等防汛的重要資料，是防汛搶險(xiǎn)的主要依據(jù)，是掌握水文情況和進(jìn)行水文預(yù)報(bào)的依據(jù)。同時(shí)水位也是推算其它水文要素并掌握其變化過(guò)程的間接資料。
在水文測(cè)驗(yàn)中，常用水位直接或間接的推算其它水文要素，如由水位通過(guò)水位流量關(guān)系，推求流量；通過(guò)流量推算輸沙率；由水位計(jì)算水面比降等，從而確定其它水文要素的變化特征。
由此可見(jiàn)，在水位的觀測(cè)中，要認(rèn)真貫徹《規(guī)范》，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)排除，使觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。同時(shí)還要保證水位資料的連續(xù)性，不漏測(cè)洪峰和洪峰的起漲點(diǎn)，對(duì)于暴漲暴落的洪水，應(yīng)更加注意。
影響因素
水位的變化主要取決于水體自身水量的變化，約束水體條件的改變，以及水體受干擾的影響等因素。在水體自身水量的變化方面，江河、渠道來(lái)水量的變化，水庫(kù)、湖泊引入、引出水量的變化和蒸發(fā)、滲漏等使總水量發(fā)生變化，使水位發(fā)生相應(yīng)的漲落變化。
在約束水體條件的改變方面，河道的沖淤和水庫(kù)、湖泊的淤積，改變了河、湖、水庫(kù)底部的平均高程；閘門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉引起水位的變化；河道內(nèi)水生植物生長(zhǎng)、死亡是河道糙率發(fā)生變化導(dǎo)致水位變化。另處，有些特殊情況，如堤防的潰決，洪水的分洪，以及北方河流結(jié)冰、冰塞、冰壩的產(chǎn)生與消亡，河流的封凍與開(kāi)河等，都會(huì)導(dǎo)致水位的急劇變化。
水體的相互干擾影響也會(huì)使水位發(fā)生變化，如河口匯流處的水流之間會(huì)發(fā)生相互頂托，水庫(kù)蓄水產(chǎn)生回水影響，使水庫(kù)末端的水位抬升，潮汐、風(fēng)浪的干擾同樣影響水位的變化。
主要類別
1．絕對(duì)基面
一般是以某一海濱地點(diǎn)的特征海水面為準(zhǔn)，這個(gè)特征海水面的高程定為0.000米，目前我國(guó)使用的有大連市、大沽、黃海、廢黃河口生態(tài)旅游區(qū)、吳淞、珠江等基面。若將水文測(cè)站的基本水準(zhǔn)點(diǎn)與國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)所設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)接測(cè)后，則該站的水準(zhǔn)點(diǎn)高程就可以根據(jù)引據(jù)水準(zhǔn)點(diǎn)用某一絕對(duì)基面以上的高程數(shù)來(lái)表示。
2．假定基面
若水文測(cè)站附近沒(méi)有國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)，其水準(zhǔn)點(diǎn)高程暫時(shí)無(wú)法與全流域統(tǒng)一引據(jù)的某一絕對(duì)基面高程相連接，可以暫時(shí)假定一個(gè)水準(zhǔn)基面，作為本站水位或高程起算的基準(zhǔn)面。如：暫時(shí)假定該水準(zhǔn)點(diǎn)高程為100.000米，則該站的假定基面就在該基本水準(zhǔn)點(diǎn)垂直向下100米處的水準(zhǔn)面上。
3．測(cè)站基面
測(cè)站基面是假定基面的一種，它適用于通航的河道上，一般將其確定在測(cè)站河庫(kù)最低點(diǎn)以下0.5～1.0米的水面上，對(duì)水深較大的河流，可選在歷年最低水位以下0.5～1.0米的水面作為測(cè)站基面。同樣，當(dāng)與國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)接測(cè)后，即可算出測(cè)站基面與絕對(duì)基面的高差，從而可將測(cè)站基面表示的水位換算成以絕對(duì)基面表示的水位。用測(cè)站基面表示的水位，可直接反映航道水深，但在沖淤河流，測(cè)站基面位置很難確定，而且不便于同一河流上下游站的水位進(jìn)行比較，這也是使用測(cè)站基面時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。
4．凍結(jié)基面
凍結(jié)基面也是水文測(cè)站專用的一種固定基面。一般是將測(cè)站第一次使用的基面固定下來(lái)，作為凍結(jié)基面。使用測(cè)站基面的優(yōu)點(diǎn)是水位數(shù)字比較簡(jiǎn)單（一般不超過(guò)10米）；使用凍結(jié)基面的優(yōu)點(diǎn)是使測(cè)站的水位資料與歷史資料相連續(xù)。有條件的測(cè)站應(yīng)使用同樣的基面，以便水位資料在防汛和水利建設(shè)、工程管理中使用。
水位的觀測(cè)設(shè)備可分為直接觀測(cè)設(shè)備和間接觀測(cè)設(shè)備兩種，直接觀測(cè)設(shè)備是傳統(tǒng)式的水尺，人工直接讀取水尺讀數(shù)加水尺零點(diǎn)高程即得水位。它設(shè)備簡(jiǎn)單，使用方便；但工作量大，需人值守。間接觀測(cè)設(shè)備是利用電子、機(jī)械、壓力等感應(yīng)作用，間接反映水位變化，設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜，技術(shù)要求高；不須人值守，工作量小，可以實(shí)現(xiàn)自記，是實(shí)現(xiàn)水位觀測(cè)自動(dòng)化的重要條件。
觀測(cè)設(shè)備
水位的直接觀測(cè)設(shè)備
直立式水尺
直立式水尺由水尺靠樁和水尺板組成。一般沿水位觀測(cè)斷面設(shè)置一組水尺樁，同一組的各支水尺設(shè)置在同一斷面線上。使用時(shí)將水尺板固定在水尺靠樁上，構(gòu)成直立水尺。水尺靠樁可采用木樁、鋼管、鋼筋混凝土等材料制成，水尺靠樁要求牢固，打入河底，避免發(fā)生下沉。水尺靠樁布設(shè)范圍應(yīng)高于測(cè)站歷年最高水位、低于測(cè)站歷年最低水位0.5米。水尺板通常是長(zhǎng)1米，寬8～10厘米的搪瓷板、木板或合成材料制成。水尺的刻度必須清晰，數(shù)字清楚，且數(shù)字的下邊緣應(yīng)放在靠近相應(yīng)的刻度處。水尺的刻度一般是1厘米，誤差不大于0.5毫米。相鄰兩水尺之間的水位要有一定的重合，重合范圍一般要求在0.1～0.2米，當(dāng)風(fēng)浪大時(shí)，重合部分應(yīng)增大，以保證水位連續(xù)觀讀。水尺板安裝后，需用四等以上水準(zhǔn)測(cè)量的方法測(cè)定每支水尺的零點(diǎn)高程。在讀得水尺板上的水位數(shù)值后加上該水尺的零點(diǎn)高程就是要觀測(cè)的水位值。
傾斜式水尺
當(dāng)測(cè)驗(yàn)河段內(nèi)，岸邊有規(guī)則平整的斜坡時(shí)，可采用此種水尺。此時(shí)，可以平整的斜坡上（在巖石或水工建筑物的斜面上），直接涂繪水尺刻度。設(shè)△Z代表直立水尺最小刻劃的長(zhǎng)度，代表邊坡系數(shù)為m的斜坡水尺最小刻劃長(zhǎng)度。同直立式水尺相比，傾斜式水尺具有耐久、不易沖毀，水尺零點(diǎn)高程不易變動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是要求條件比較嚴(yán)格，多沙河流上，水尺刻度容易被淤泥遮蓋。
矮樁式水尺
當(dāng)受航運(yùn)、流冰、浮運(yùn)影響嚴(yán)重，不宜設(shè)立直立式水尺和傾斜式水尺的測(cè)站，可改用矮樁式水尺。矮樁式水尺由矮樁及測(cè)尺組成。矮樁的入土深度與直立式水尺的靠樁相同，樁頂一般高出河床線5~20cm，樁頂加直徑為2~3cm的金屬園釘，以便放置測(cè)尺。兩相鄰樁頂高差宜在0.4~0.8m之間，平坦岸坡宜在0.2~0.4m之間，測(cè)尺一般用硬質(zhì)木料做成。為減少壅水，測(cè)尺截面可做成菱形。觀測(cè)水位時(shí)，將測(cè)尺垂直放于樁頂，讀取測(cè)尺讀數(shù)，加樁頂高程即得水位。
懸錘式水尺
懸錘式水尺通常設(shè)置在堅(jiān)固的陡岸、橋梁或水工建筑物上。它也大量被用于地下水位和大壩滲流水位的測(cè)量。由一條帶有重錘的測(cè)繩或鏈所構(gòu)成的水尺。它用于從水面以上某一已知高程的固定點(diǎn)測(cè)量離水面的豎直高差來(lái)計(jì)算水位。懸錘的重量應(yīng)能拉直懸索，懸索的伸縮性應(yīng)當(dāng)很小，在使用過(guò)程中，應(yīng)定期檢查測(cè)索引出的有效長(zhǎng)度與計(jì)數(shù)器或刻度盤(pán)的一致性，其誤差不超過(guò)±1cm。
水位的間接觀測(cè)設(shè)備
（一）浮子式水位計(jì)
（二）水壓式水位計(jì)
通過(guò)測(cè)量水體的靜水壓力，實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量的儀器稱為壓力式水位計(jì)。壓力式水位計(jì)又分為氣泡式壓力水位計(jì)和壓阻式兩種。通過(guò)氣管向水下的固定測(cè)點(diǎn)通氣，使通氣管內(nèi)的氣體壓力和測(cè)點(diǎn)的靜水壓力平衡，從而實(shí)現(xiàn)了通過(guò)測(cè)量通氣管內(nèi)氣體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)水位測(cè)量，這種裝置通常稱之為氣泡式水位計(jì)。
（三）超聲波水位計(jì)
超聲波水位計(jì)是一種把聲學(xué)和電子技術(shù)相結(jié)合的水位測(cè)量?jī)x器。按照聲波傳播介質(zhì)的區(qū)別可分為液介式和氣介式兩大類。
單元功能
（1）穩(wěn)壓電源
將交流或直流供電電源轉(zhuǎn)變成壓力水位計(jì)工作所需要的直流電壓，并使之穩(wěn)定。
（2）恒流源
將輸入電壓變換成不隨負(fù)載和輸入電壓變化的恒定電流輸出，從而使壓力水位計(jì)測(cè)量值與導(dǎo)線長(zhǎng)短無(wú)關(guān)，且又能減小壓力傳感器的溫度漂移影響。
（3）壓力傳感器
其等效電路相當(dāng)于一惠斯登電橋，它將靜水壓力值轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)輸出或電流信號(hào)輸出。
（4）信號(hào)轉(zhuǎn)換器
將壓力傳感器送來(lái)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的抽樣、放大或衰減，使信號(hào)變成A/D電路所需要的電壓信號(hào)。
（5）A/D單元
即模擬量到數(shù)字的轉(zhuǎn)換單元，它是將靜水壓力對(duì)應(yīng)的電壓模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成與靜水壓力值對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。
（6）顯示及編碼
根據(jù)需要將水壓力對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的并行bcd碼或RS232、RS485串行輸出。
結(jié)構(gòu)與組成
超聲波水位計(jì)一般由換能器、超聲發(fā)收控制部分、數(shù)據(jù)顯示記錄部分和電源組成。對(duì)于液介式儀器，一般把后三部分組合在一起；對(duì)于氣介式儀器一般把超聲發(fā)收控制部分和數(shù)據(jù)處理部分的一部分與換能器組合在一起形成超聲傳感器，而把其余部分組合在一起形成顯示記錄儀。
(1)換能器。液介式超聲波水位計(jì)一般采用壓電陶瓷型超聲換能器，其頻率一般在40~200Hz之間。功能均是作為水位感應(yīng)器件，完成聲能和電能之間的相轉(zhuǎn)換。為了簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)并減小換能器部件的體積，通常發(fā)射與接收公用一只超聲換能器。
（2）超聲收發(fā)控制部分
超聲發(fā)收控制部分與換能器相結(jié)合，發(fā)射并接收超聲波，從而形成一組與水位直接并聯(lián)的發(fā)收信號(hào)。該部分可以采用分立元件、專用超聲發(fā)、收集成電路或?qū)Ｓ贸暟l(fā)收模塊組成。其發(fā)射部分主要功能應(yīng)包括：產(chǎn)生一定脈寬的發(fā)射脈沖從而控制超聲頻率信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)。經(jīng)放大器、升壓變壓后，實(shí)現(xiàn)將一定頻率、一定持續(xù)時(shí)間的大能量正弦波信號(hào)加至換能器。接收部分主要功能應(yīng)包括：從換能器兩端獲取回波信號(hào)，將微弱的回波信號(hào)放大再進(jìn)行檢波、濾波，從而實(shí)現(xiàn)把回波信號(hào)處理成一定幅度的脈沖信號(hào)。由于發(fā)收公用一只換能器，因此發(fā)射信號(hào)也進(jìn)入接收電路，為此接收電路的輸入端需要加安全措施以保護(hù)接收電路。高性能的超聲發(fā)收控制部分應(yīng)具備自動(dòng)增益控制電路（AGC），使近、遠(yuǎn)程回波信號(hào)經(jīng)處理后能取得較為一致的幅度
（3）超聲傳感器
超聲傳感器是將換能、超聲發(fā)收控制部分和數(shù)據(jù)處理部分組合在一起的部件。它既可以作為超聲波水位計(jì)的傳感器部件，與該水位計(jì)的顯示記錄相連；又可以作為一種傳感器與通用型數(shù)傳（有線或無(wú)線）設(shè)備相連。
主要用途
1）河流、明渠水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)。
2）水庫(kù)壩前、壩下尾水水位監(jiān)測(cè)攔物柵壓差監(jiān)測(cè)。
3）調(diào)壓塔水位監(jiān)測(cè)。
4）潮水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
5）城市供水、排污水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
主要特點(diǎn)
1）在水位測(cè)量過(guò)程中沒(méi)有任何部件接觸水體，實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量。
2）不受高速水流沖擊，不受水面漂浮物的纏繞、堵塞或撞擊以及水質(zhì)電化反應(yīng)的影響。
3）設(shè)備按裝不需建造水位計(jì)臺(tái)，基建投資小。
4）設(shè)備無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，不會(huì)因部件磨損銹蝕而產(chǎn)生故障，壽命長(zhǎng)可靠性好。采用實(shí)時(shí)溫度自動(dòng)校準(zhǔn)技術(shù)，精度高。
布設(shè)規(guī)定
一、水尺設(shè)置的位置必須便于觀測(cè)人員接近，直接觀讀水位，并應(yīng)避開(kāi)渦流、回流、漂浮物等影響。在風(fēng)浪較大的地區(qū)，必要時(shí)應(yīng)采用靜水設(shè)施。
二、水尺布設(shè)的范圍，應(yīng)高于測(cè)站歷年最高、低于測(cè)站歷年最的水位0.5m。
三、同一組的各支基本水尺，應(yīng)設(shè)置在同一斷面線上。當(dāng)因地形限制或其他原因必須離開(kāi)同一斷面線設(shè)置時(shí)，其最上游與最下游一支水尺之間的同時(shí)水位差不應(yīng)超過(guò)1cm。
四、同一組的各支比降水尺，當(dāng)不能設(shè)置在同一斷面線上時(shí)，偏離斷面線的距離不得超過(guò)5cm，同時(shí)任何兩支水尺的順流向距離不得超過(guò)上、下比降斷面間距的1/200。
五、相鄰兩支水尺的觀測(cè)范圍宜有0.1～0.2m的重合，當(dāng)風(fēng)浪經(jīng)常較大時(shí)，重合部分可適當(dāng)放大至0.4m。
觀測(cè)要點(diǎn)
一、水位平穩(wěn)時(shí)，每日8時(shí)觀測(cè)一次。穩(wěn)定封凍期沒(méi)有冰塞現(xiàn)象且水位平穩(wěn)時(shí)，可每2～5日觀測(cè)一次，月初月末兩天必須觀測(cè)。
二、水位變化緩慢時(shí)，每日8時(shí)、20時(shí)觀測(cè)二次，枯水期20時(shí)觀測(cè)卻有困難的站，可提前至其他時(shí)間觀測(cè)。
三、水位變化較緩慢的峰谷時(shí)，每日2時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí)觀測(cè)4次。
四、結(jié)冰、流冰和發(fā)生冰凌堆積、冰塞的時(shí)期應(yīng)增加測(cè)次，應(yīng)測(cè)得完整的水位變化過(guò)程。
五、枯水期使用臨時(shí)斷面水位推算流量的小河上的水位站，當(dāng)基本水尺水位無(wú)獨(dú)立使用價(jià)值時(shí)，可在此期間停測(cè)。枯水位觀測(cè)，當(dāng)水邊即將退出最后一支水尺時(shí)，應(yīng)及時(shí)向河心方向增設(shè)水尺，以測(cè)得最低水位及其出現(xiàn)時(shí)間。河道干涸或斷流時(shí)，應(yīng)密切注視水情變化，并應(yīng)記錄干涸或斷流起訖時(shí)間。
參考資料 >