水位监测方法及设备

水位监测分人工观测和自动化监测两种方式，在实际工程中这两种方法均有广泛应用，随着物联网在工业应用中的发展，水位自动化监测的技术和经济效益优势也越来越明显，其普及和应用程度也越来越广泛。下面我们就跟小编一起来聊聊水位监测的常用方法及设备。

1.   人工观测

人工观测水位基本上应用水位标尺、测盅、电接触悬锤式水尺等设备。

1.1.  水位标尺式

即在河道、水库等水域的岸边放置一个水位标尺，根据水面在标尺上的位置，直接进行读数得出水位信息。这种测量水位的方式成本比较低，在水位常年比较稳定的水域比较常见，但是这种测量方式需要人工读数，无法提供一段时间内连续的水位信息，在天气不好的情况下，读数比较困难，同时由于水位标尺长时间浸泡在水中，受水流的腐蚀、冲刷的影响使得刻度不清、位置倾斜偏移，导致得到的水位信息并不准确。

1.2.  电接触悬锤式水尺

这种地下水位测量设备也常被称为“悬锤式水位计”、“水位测尺”。仪器由水位测锤、测尺、 接触水面指示器（音响、灯光、指针）、测尺收放盘等组成。测尺是一柔性金属长卷尺，其上附有2根导线，卷尺上有很准确的刻度。测锤有一定重量，端部有2个相互绝缘的触点，触点与导线相联；也可以以锤体作为1个触点。2触点接触地下水体时，电阻变小（导通）。地上与2根导线相联的音响、灯光、指针指示发出信号，表示已到达地下水水面。从测尺上读出读数，可以知道地下水位埋深。

这种仪器简单，便于携带，对使用者的熟练程 度要求不高，可以用于各种地下水位的观测。由于能很准确地指示地下水面的位置，水位测量准确性较高。测尺是专门制作的，高质量的产品可以达到±1 cm/100 m的准确度（刻度）。定期按规定进行计量或校核后能保证地下水位测值的准确性。

测尺的长度基本不受限制，有500 m的产品，可以用于不同的地下水位埋深与变幅。

国内和国外都有这类产品，其技术性、结构都差不多。测尺都是覆盖塑料涂层的钢卷尺，刻度1 mm；水位测锤用不锈钢材质制造，带触点，直径小于20mm；水位指示用音响、灯光、指针形式，都是直流电池供电，准确度（刻度）能达到 ±2 cm/100m或±1 cm/100 m。

 钢尺水位计电路图Water Level Indicator

2.   自动化监测

水位自动监测仪器的基本部件是水位传感器，根据市场调研，按照产品组件(传感器、存储器、控制电路、电源等) 集成程度的不同市场上产品大致可分为一体式和分体式。 按照水位传感器采集数据原理的不同，自动测量地下水位的仪器又分为压力式、浮子式、超声波式等多种类型。目前常见的用于地下水水位自动监测的仪器设备按传感器类型分，主要有压力式地下水位计和浮子式地下水位计。

2.1.  浮子式地下水位计

浮子式地下水位计的结构和测地表水位用的浮子式水位计相同。感应水位变化的都是浮子、悬索、水位轮系统，一般也都有平衡锤，或者用自收悬索机构 取代平衡锤。早期的长期水位记录用长图纸带划线方式，目前已基本不生产。现在的产品用编码器将水位 值编码输出供固态存贮记录或遥测传输。一般的产品，其编码器在地面上；先进的产品，整个仪器，包括水位感应、编码器、固态存贮、电源等所有部分都悬挂在井中水面上自动工作。

浮子式地下水位计一般都能在10cm口径的测井管中工作，有些可装在5 cm 口径的井内工作，水位轮、浮子、平衡锤的直径都很小。小浮子感应水位变化的灵敏度较差。地下水埋深较大，悬索长，也影响水位感应灵敏度。因此，地下水位计的记录机构，编码器的阻力应尽可能小些，还应避免悬索和水位轮之间打滑，应优先选用带球钢丝绳、穿孔带作为悬索。一些产品应用自收悬索的方法，不应使用放入井中的平衡锤，以便于使用于小口径测井。

用于地表水的浮子式自记水位计可以直接用于井径较大（大于40cm），地下水埋深较浅的地下水位测量。

浮子式地下水位计结构简单、可靠，便于操作维护。只要测井口径满足安装要求，可以用于所有地点，水位测量的准确性也较高。

水位编码器的性能各异，选用时要注意。地下水埋深较大时，尤其要注意悬索、水位轮的配合，了解和控制可能产生的误差。

浮子式水位计对测井的倾斜度有要求，应用时需注意。

2.2.  压力式地下水位计

压力式地下水位计的原理结构和测量地表水的压力水位计一致。仪器测量水面以下某一点的静水压力，再根据水体的密度换算得到此测量点以上水位的高度，从而得到水位。水面上承受着大气压力，所以水下测点测到的压力是测量点以上水柱高 度形成的水压力与水体表面的大气压力之和。换算成水位高度时应减去大气压力，或者应用补偿方式自动减掉大气压力。在应用的仪器设备中，这一补偿过程是自动进行的。我司生产的CONN-WLG-A型智能一体化水位计(点击链接了解产品详情)就是压力式地下水位计。

压力式水位计包括压力传感器和水位显示记录器、专用电缆、电源等，也可以是一体化。

一体化压力式地下水位计的压力传感器、测量控制装置、固态存贮器、电源都密封安装在一细长圆柱状的机壳内，具有相应的耐压密封性能。用专用缆索挂在地下水测井内的最低水位以下。仪器按设定时间间隔自动采集、存贮水位数据。其存贮的水位数据可以通过专用电缆或光纤在地面上采集，采集时使用一般电脑或专用数据收集器。也可能需要定时将仪器整体提上地面，采集数据。需要接入自动化系统时应用专用电缆传输。国外产品基本上是这种一体化形式。

传感器＋主机形式的压力式地下水位计由压力传感器和测量控制装置组成，用专用电缆联接。压力传感器用专用缆索悬挂在地下水测井内的最低水位以下，测控装置在地面上。电源和记录装置也可能是单独的，和测控装置相联。国内产品目前都是这种形式。

浮子式水位计的水位准确性会受小测井的影响，而压力式水位计没有这问题。可以用于直径5 cm的地下水位测井，甚至1英寸直径的测井。因此可以认为使用中对测井口径没有要求，而且基本上可以适用于任何埋深。

地下水中的泥沙含量少，水质密度较为稳定，很适合压力式地下水位计的应用，而且一体化的压力水位计的所有工作部分都在地下水测井的水下，不受地面上的干扰，工作稳定。因此压力式水位计适合地下水位的高准确度测量。

CONN-WLG-A型智能一体化水位计是一款压力式一体化水位计，其主要由压力式水位传感器和采集传输模块构成，秉持高集成度、低功耗设计理念，设备构造简单，安装便捷，无需外部供电，其内部集成18000mAH大容量电池及采集传输系统，最长可工作2年，可以满足客户长期监测使用。产品性能稳定，质量可靠，而且无需布线，安装快捷省力。一体化水位计数据通过4G网络上传到云平台，可实时在线掌握水位变化。 CONN-WLG-A型智能一体化水位计已经接入深圳市基坑与边坡在线监测平台，性能稳定。有地下水位自动化在线监测需求的客户通过登陆康耐物联官方商城或康耐商城微信小程序即可购买到我们的产品，点击下方图片或扫描二维码即可直达产品。

2.3.  超声波测量方式

也是一种比较常见的水位测量方式，属于非接触测量方式的一种。其测距原理是首先测得超声波发射与接收的时间延迟，然后利用超声波的传播速度已知，根据距离与时间延迟的关系计算得到实际的距离信息。由于超声波具有方向单一、强度易控制的优点，因而超声波在测距方面得到广泛的应用。然而，超声波在介质中的传播速度易受温度的影响，因此难以保证测量精度.

2.3.  激光测距

一种非接触式测量方式，测距原理与超声波测距相似，同属于时延测距法。激光测距利用激光单色性好、方向性强的优势，可以达到毫米级的测量精度，但是激光测距极易受环境的影响如浓雾、下雨、强光都会对测量结果产生很大的影响。

2.5.  雷达测距

是一种非接触式测量方式，其测量原理是利用电磁波发射与接收的时间差计算距离而且电磁波穿透雾、烟、灰尘的能力强，不易受环境变化的影响，因而使得雷达测距方式可以达到很高的测量精度和较远的测量距离。

测距雷达可以分为两种：脉冲雷达和连续波雷达。

脉冲雷达发射的信号是周期性的高频脉冲，因此对系统硬件要求较高，而且，脉冲雷达测距方式具有一定的测距盲区，一般应用于远距离测量场合。连续波雷达发射连续的电磁波，根据发射的电磁波频率特点连续波雷达又可分为：单频连续波（CW）和调频连续波。其中，CW 雷达只能用于测速场合，不能实现测距，调频连续波雷达根据调制信号的不同既可以实现测速又可以实现测距。而且，调频连续波雷达具有结构简单、易于实现、成本低等优点。目前国内市场上的雷达测距产品大多是脉冲雷达体制，且价格昂贵。