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腾讯完美世界手游礼包领取中心:實驗小流域尺度下高精度水位計的比測分析(三)


實驗小流域尺度下高精度水位計的比測分析(三),磁致伸縮式水位計可以**獲取在低水頭條件下實驗小流域的槽面降雨和不同分層徑流水位過程,并計算出準確的完美世界手游职业技能介绍。所以,磁致伸縮式水位計適合實驗小流域的水位監測,有助于利用高精度水文數據提高對水文過程的認識。本文的比測結果可為徑流、降雨、蒸發和下滲等過程的高精度監測提供參考。

3 討論

3.1 水位計的精度分析

完美世界手游职业技能介绍 www.bfupu.icu 圖6給出三角堰矩形堰的水頭與流量關系的靈敏度分析。對于三角堰,水頭小于5cm時,流量相對誤差大于5%/mm;水頭小于2cm時,流量相對誤差大于10%/mm,說明三角堰在低水頭條件下,如果水位測量誤差大,則實測流量會有較大誤差。對于矩形堰,水頭小于5cm時,流量相對誤差大于3%/mm;小于2cm時,流量相對誤差也大于10%/mm,說明矩形堰在低水頭條件下,如果水位測量誤差大,則實測流量同樣會有較大誤差,但矩形堰在組合堰中主要用于測量高水頭條件的流量,在水頭大于5cm時,流量相對誤差小于3%/mm,水位測量誤差或水頭基數發生變化很小時,則不會對實測流量產生顯著誤差。因此,高精度的水位數據對分析低水頭條件的徑流測量起到重要作用。

                      圖6 水頭與流量關系的靈敏度分析.png

                                     圖6 水頭與流量關系的靈敏度分析//www.leidayeweiji.com/

從靜水穩定實驗結果(圖3)可知,壓力式1型水位計LEV01的分辨率約為2.5mm,這不適合小流量的水位監測;浮子式水位計IF05出現0.5mm階步式跳躍,這與其分辨率為0.5mm正好對應;探針式水位計NKY08-2的分辨率能達到0.01mm,壓力式2型水位計LEV02和磁致伸縮式水位計MTL3的分辨率能達到0.02mm,都能刻畫連續的水位過程。這從模擬洪峰和天然降雨條件下多種水位計監測水位過程的比測結果(圖5)都得到印證,探針式水位計、壓力式2型水位計、磁致伸縮式水位計可以高精度地測量水位過程。造成壓力式1型和浮子式水位計分辨率相對粗略的原因是壓敏元件和光電開關旋轉編碼器在量程內進行模擬量采集分格值較大,而其他3種水位計的分辨率能達到小于0.1mm的量級,可滿足0.5mm的精度要求。

從階步式升降水位比測實驗結果(圖4)可知,探針式、磁致伸縮式和壓力式2型水位計精度都達到0.4mm。壓力式2型水位計在升、降水位過程中綜合優良誤差接近,說明其穩定性高,但在接近量程的兩端時誤差會較大,所以使用時,測值不應接近其量程的上下限。探針式水位計在升、降水位過程中綜合優良誤差的差值為0.11mm,也表現出較高的穩定性。磁致伸縮式水位計在升、降水位過程中綜合優良誤差分別為0.10mm和0.38mm,說明在降水位過程中,磁致伸縮式水位計的浮球與滑桿之間受水的黏滯作用,相比升水位過程存在一定滯后,導致降水位過程的優良誤差會比升水位過程要大。浮子式水位計在升、降水位過程中綜合優良誤差都接近0.5mm,這與浮子式水位計的分辨率相對應,說明浮子式水位計的測量精度要低于探針式、磁致伸縮式和壓力式2型水位計,但穩定性還是比較高。測量精度和穩定性較差的是壓力式1型水位計,其測量精度達不到1mm,這是由于它的設計量程為10m,進行模擬量采集分格單元約為2.5mm。

從數據采集效率上看,參與比測的兩個壓力式水位計由于要經過RTU傳送,網關接收,服務器存儲,使得數據采集時間間隔為1min,而其他水位計可以直接通過485串口存儲在測量機上,采集時間間隔為10s,磁致伸縮水位計自身可以配置二次采集儀表,能在1s內采集8個水位計的數據,可以根據實驗要求提供高時間分辨率的水位數據。所以,傳感器的測量時間分辨率與所采用的數據采集通訊方式有關。

3.2 水位計的應用分析

水位是水文學研究中一個重要的水文要素或中間變量,所以水位計在水文研究得到廣泛應用。在河川徑流測量中,使用水位與流量關系進行推流,水位需要達到厘米級,使用壓力式水位計、浮子水位子、氣泡式水位計和超聲波水位計等能滿足要求。在地下水位監測中,水位變化慢,關注的水位變化也為厘米級,所以一般采用壓力式水位計、浮子水位子等。在潮汐水位監測中,水位波動變化大,精度到厘米級,一般采用壓力式水位計、雷達水位計。利用蒸滲儀準確監測潛水蒸發和入滲量時,需要高精度的水位計,如采用磁致伸縮水位計可以實現高精度的實時監測,這已開始在五道溝實驗站得到應用。中國氣象、水文部門的常規站和實驗站常布設有水面蒸發器,目前一般仍是采用人工式的水位測針,精度為1mm,分辨率為0.1mm;可以考慮采用本文中參與比測的壓力式2型和磁致伸縮式水位計進行監測水面蒸發量,這樣可推動常規水面蒸發的高精度自動化監測進程。

除此之外,高精度水位計還可用于監測實時的降雨過程,比如滁州實驗基地的水文山和南大洼流域分層徑流系統*上層的集水槽本質是大型的雨量計,降雨落到集水槽,匯集到觀察室內,采用三角堰測量流量過程,除以集水槽的面積,即降雨的實時過程(如圖7(b)中的槽面降雨過程)。集水槽面積相對于流域面積不是很大,所以在三角堰處的水頭不大,一般在10cm以下,這樣就要求采用高精度的水位計,才能準確測量降雨的實時連續過程及其總量。在實驗小流域或室內土槽實驗中,利用量水堰獲取流量,在低水頭條件下要求水位精度達到毫米級,這就需要采用高精度的水位計,如高精度的壓力式水位計或磁致伸縮水位計,這樣可以獲取高精度的流量資料,用于開展像水文山和南大洼實驗流域的分層徑流實驗研究。根據在南大洼流域出口采用壓力式1型和磁致伸縮式水位計同步監測槽面降雨(歷時約35h,降雨量為20.2mm)、地表徑流、0~50cm壤中流和50~100cm壤中流過程(簡稱“槽面”、“地表”、“50cm”和“100cm”,見圖7)。對比兩種不同精度水位計的測量結果可知,選用高精度的磁致伸縮式水位計可以**獲取在低水頭條件下的南大洼流域槽面降雨和不同分層徑流水位過程,得到降雨、分層徑流的時間特征,同時容易確定水頭基數以得到堰上水頭,計算出準確的流量,由這些高精度水文數據以期得到新的水文規律認知。如果使用精度相對差的水位計(如壓力式1型),將難以獲取降雨、分層徑流的時間特征以及準確的流量過程。

在水位計適用范圍方面,需要考慮傳感器的量程范圍與實驗變量測量范圍相匹配,并根據監測密度與傳感器成本進行評價。在環境要求方面,需考慮傳感器的穩定性和安裝要求,從而選擇出能夠長期穩定監測高精度實驗數據的傳感器。因此,在現代化水文實驗中,需要針對不同實驗目的,開展水位計比測實驗,以期編制實驗小流域徑流水位監測方面的指南或規范。

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                                                      圖7不同精度水位計監測南大洼降雨-分層徑流過程比較

4 結 論

(1)在穩定性方面,壓力式1型水位計的波動大,波幅為2~3mm,這不適合小流量的水位監測;浮子水位計出現0.5mm階步式跳躍,這與其分辨率為0.5mm正好對應;探針式水位計、壓力式2型水位計和磁致伸縮式水位計都能達到0.02mm分辨率,能刻畫連續的水位變化過程。

(2)在測量精度方面,探針式、磁致伸縮式和壓力式2型水位計精度綜合優良誤差在0.4mm以內;浮子式水位計在升降水位過程中的綜合優良誤差都接近0.5mm;壓力式2型水位計分辨率為2.5mm,精度達不到毫米級。

(3)磁致伸縮式水位計可以**獲取在低水頭條件下實驗小流域的槽面降雨和不同分層徑流水位過程,并計算出準確的流量。所以,磁致伸縮式水位計適合實驗小流域的水位監測,有助于利用高精度水文數據提高對水文過程的認識。本文的比測結果可為徑流、降雨、蒸發和下滲等過程的高精度監測提供參考。//www.leidayeweiji.com/

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