技术交流▏水运工程水文勘测仪器计量检定现状及其发展浅见

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【摘要】水文勘测数据作为水运工程建设、维护及运营的关键基础支撑资料，其测量的准确度将直接关系到航行安全和工程质量以及建设资金的投入，确保水运工程重要计量器具的量值统一至关重要。水文勘测仪器计量工作是水运计量体系的重要组成部分，是实现我国水运强国战略的重要支撑和保障。本文从计量管理规定、行业水文勘测仪器计量能力、年度计量校准主要情况等方面阐述了水运工程水文勘测仪器计量工作发展现状，分析了水运工程水文勘测仪器计量中存在的突出问题，最后对我国水运工程水文勘测仪器计量发展提出了合理建议，以期进一步推动水运计量事业的发展。

一、引言

交通水运作为海洋经济及沿江河经济极其重要的一环，在全球贸易活动中，发挥着不可替代的作用。港口航道基础设施的快速建设及良好的维护为我国“一带一路”战略、“长江经济带”战略的落实奠定了良好的基础。同时，近年来，我国沿海各省份利用港口的优势条件，在国际市场上，实行大进大出的发展战略，建立临港性工业体系，加快临港工业园区建设，极大的促进了我国内外贸易的开展。

无论是内河还是沿海港口、沿江运输的快速发展，都离不开水运工程的建设，只有加快水运工程建设的速度，提升工程质量，才能很好地促进水运行业的健康发展，落实好“长江经济带”战略及“一带一路”战略的实施工作。水运工程建设领域涉及港口、航道、防波堤、挡沙堤、护岸（海堤）、船闸（通航建筑物）、船坞等海岸、近海或内河工程，无论是先期建设还是后期维护均离不开水文勘察及地形测绘等仪器设备，这些设备的测量数据是科研、规划、勘察设计及后期维护运营工作必需的原始资料，测量的精度将直接关系到航行安全和工程质量以及建设资金的投入。因此，确保水运工程重要计量器具的量值统一至关重要。

二、计量管理规定

1987年，国务院发布了《中华人民共和国强制检定的工作计量器具检定管理办法》，对强制检定计量器具种类及强制检定领域（贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测）进行了规定；同年，国家计量局根据以上办法发布了《中华人民共和国强制检定工作计量器具明细目录》，对55类强制检定工作计量器具进行了细分；同年，国家计量局发布了《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》，对需要进行计量管理的计量器具进行了明示。1996年，国家测绘局发布了《测绘计量管理暂行办法》，对应用于测绘的计量器具进行了相关规定，并附有《测绘计量器具目录》对需要进行强制检定的计量器具进行了明示。但是，以上目录均不包含目前在水运工程应用非常广泛的测深仪、潮位计、流速仪、波浪仪等涉及到贸易结算及安全防护的关键计量器具。出现以上情况，主要有几方面因素，一是在政策发布时，我国经济改革刚刚起步，经济发展还相对落后，对水运工程建设以及海洋工程建设重视不足；二是当时应用于水运工程及海洋工程的计量器具相对落后，如水位观测主要采用水尺读取；三是由于当时交通部门对计量工作的重视不足，直至2004年才在交通运输部天津水运工程科学研究所成立交通水运工程检测仪器计量检定中心，直至2012年交通主管部门开始重视计量标准化工作，并于2015年将交通水运工程检测仪器计量检定中心升级成为国家水运工程检测设备计量站（以下简称“水运计量站”），至此，水运计量才走上了正常发展道路。

2015年，交通运输部发布了回声测深仪、验潮仪等八项部门最高计量标准，要求行业各单位在开展计量检定、校准、测试等相关管理工作时予以执行，即以上八种仪器在计量时，需送至水运计量站进行计量检定或者送至的检定机构计量标准需溯源至水运计量站。2016年，为加强交通水运行业计量器具的管理，保证其量值传递的准确、统一，进一步完善交通运输计量管理体系，根据《计量法》和《计量法实施细则》关于计量器具管理的相关规定，交通运输部组织编制并发布了《水运工程试验检测仪器设备计量管理目录》（简称“目录”）。《目录》中列出了涉及到水文地质测绘设备的定位定向、浪潮流沙、地形地貌、重磁等四类28种仪器（见表1），作为各级交通运输主管部门和有关单位对水运工程试验检测仪器设备进行计量监督管理及开展相关工作的基本依据。目前交通主管部门正在针对计量工作制定相应的管理办法，后续会陆续发布。

表1 《水运工程试验检测仪器设备计量管理目录》水文地质测绘设备部分

序号	类别	设备名称
1	定位定向	GNSS定位仪
2	罗经
3	超短基线定位系统
4	长基线定位系统
5	浪潮流沙	*超声波水位计
6	*地下水位计
7	*浮子式验潮仪
8	*压力式验潮仪
9	重锤式料/液位仪
10	超声式波浪测量仪
11	压力式波浪测量仪
12	旋桨式流速仪
13	超声波流速仪
14	电磁流速仪
15	浪潮流沙	直读式海流计
16	声学多普勒流速剖面仪
17	含沙量测定仪
18	颗粒分析仪
19	测冰仪
20	地形地貌	多波束测深仪
21	*回声测深仪
22	*声速剖面仪
23	姿态测量仪
24	浅地层剖面仪
25	侧扫声呐
26	扫描声呐
27	重磁	海洋磁力仪
28	海洋重力仪

说明：“*”为国家水运工程检测设备计量站已经获得质检总局授权的计量标准。

三、行业水文勘测设备计量能力

截止2017年9月，水运计量站已获得国家质检总局授权的交通运输行业部门最高计量标准共有12项，可以开展18种交通运输专用检测设备的计量检定工作，其中涉及到水文测绘设备有浅水回声测深仪、地下水位计、超声波水位计、压力式验潮仪（岸站式和自容式）、压力式水位计、浮子式验潮仪、浮子式水位计、声速剖面仪等9种仪器（见表2），主要为三类，即测深仪、验潮仪（水位计）和声速仪。另外正在筹建的计量标准是多波束计量标准、流速仪计量标准、波高仪计量标准以及姿态仪计量标准。以下分别对浅水回声测深仪计量标准装置、验潮仪（水位计）计量标准装置、声速仪计量标准装置进行介绍：

表2 国家水运工程检测

设备计量站检定校准项目表

序号	开展检定 项目名称	测量范围	不确定度 /准确度等级 /最大允许误差	依据检定 规程编号
1	浅水回声 测深仪	（0～300）m	MPE：±0.05m （水深≤5m时） MPE：±1%d （水深≥5m时，d为水深）	JJG（交通）032-2015
2	地下水位计	（0～10）m	MPE：±0.3% F·S	JJG（交通）033-2015
3	超声波水位计	（0～10）m	MPE：±0.5% F·S	JJG（交通）034-2015
4	压力式验潮仪（岸站式）	（0～8）m	MPE：±0.01 m	JJG 946-1999
5	压力式验潮仪（自容式）	（0～8）m， 可扩展到100 m	（0～58）m MPE：±0.03   m （58～100）m MPE：±0.14   m
6	压力式水位计	（0～8）m， 可扩展到100m
7	浮子式验潮仪	（0～8）m	MPE： 2级 ±10 mm 3级 ±20 mm 4级 ±40 mm	JJG 587-1997
8	浮子式水位计	（0～8）m
9	声速剖面仪	声速：（1400 ～1600）m/s   水深：（0～100）m	声速：U=0.12m/s，k=2 水深：U=0.03m，k=2	JJG（交通）122-2015

浅水回声测深仪检定装置（见图1），主要包括是回声测深仪检定装置和回声测深仪模拟器检定装置。回声测深仪检定装置采用的是专用标准水池（75m×1.5m×1.5m），将测深转变为横向测距，采用横向测长直接比对的方法，用测深仪示值与已知距离进行比对计算示值误差，主要标准器选用激光测距仪，其他主要配套设施还包括：测深仪反射板、测距仪反射靶、测车及升降调节定位器等，该方法检定范围为（0～40m）；考虑到回声测深仪仪器较大，运输不便，另外受制于水池，检定范围较小，2016年增加了回声测深仪模拟器检定装置，可提供较为上门检定校准服务，该方法可将检定范围扩展至300m。该检定装置可对单频、双频的单波束测深仪开展计量检定工作。

图1 浅水回声测深仪检定装置 

浮子式验潮仪检定装置（见图2），其主要配套设备由二级标准钢卷尺和检定水塔（高10.5m，直径1.5m）组成。检定水塔可自动调节水位，并由摄像机跟踪水面，读取水塔中的水位。该检定装置可对地下水位计、超声波水位计、浮子式验潮仪和浮子式水位计开展检定工作，检定范围见表2。

压力式潮位计检定装置（见图3）由长度检定和压力检定两部分装置组成。在（0～8）m的范围内采用在检定水塔内进行长度检定；在超过8m的范围内以数字精密压力表配合压力容器、压力源进行压力检定，检定范围可扩展至100m。该装置可对压力式验潮仪和压力式水位计开展检定工作。

图2  验潮仪计量标准装置

图3  压力式水位计计量标准装置

声速剖面仪检定装置（见图4）由标准铂电阻温度计、数字多用表、数字精密压力表及恒温水槽组成。通过恒温水槽温度调整，采用纯水中的声速公式，对水中声速值进行检定；通过数字精密压力表对比，采用水深-压力转换的方式，对水深指标进行检定。该装置可对声速剖面仪和表面声速仪开展校准工作。

图4 声速剖面仪计量标准装置

另外，水运计量站正在基于交通运输部天津水运工程研究院的大比尺波浪水槽（长×宽×深=450m×5m×12m，见图5）和海门船闸（长×宽×深=180m×21m×8m，见图6）开展多波束测深仪和超声波流速仪的计量标准设计建设工作。

图5  大比尺波浪水槽

图6  天然深水试验港池

四、计量校准主要情况分析

通过2016年计量检定数据统计分析，后续检定（即使用后的检定）的测深仪合格率在95%以上，后续检定的验潮仪（水位计）合格率在90%以上，后续检定的声速仪合格率在90%以上，从上可以看出，不合格率比较高，这些不合格仪器设备如果应用在涉及贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测的相关方面，将对工程质量产生不良后果。

从管理上讲，本年度的不合格率比较高的原因主要是《水运工程试验检测仪器设备计量管理目录》于2016年发布，行业各单位开始重视测深仪、验潮仪、声速仪的计量检定/校准工作，很多仪器设备均是使用多年后第一次送检，所以出现不合格率比较高的现象。

从技术上讲，计量不合格原因主要有：

①设备出厂精度不达标；②由于使用不当或者年久老化，换能器出现磨损；③由于过载使用，设备主机老化；④受温湿度影响比较大，温漂严重；⑤盐雾的海洋环境加速金属腐蚀，金属码盘腐蚀后容易引起电气接触不量，从而影响仪器的精度和可靠性。

五、仪器设备不送检原因及对策分析

据初步估算，涉及到贸易结算、安全防护、环境监测的测深仪市场保有量在1万台左右，潮位仪（水位仪）的市场保有量在5千台左右，流速仪的市场保有量在2千台左右，随着水运工程以及信息化的快速发展，这类计量器具也是迅速增长。但是目前送检的仪器设备还比较少，下面对不送检的原因和对策分析如下：

原因一：不了解哪些机构能开展计量检定工作；对策：加强宣贯及宣传工作；

原因二：对计量检定不重视，只要不列入《强检目录》，均不送检；对策：加强行业管理，对参与到行业大中型工程的仪器设备进行强制管理要求；

原因三：无送检依据，因为检定规程为推荐性标准，机构负责人本着能省则省的原则，声称已开展自检工作，拒绝送检；对策：对行业技术标准进行修订，增加强制性条文或在强制性标准中加入送检依据；

原因四：仪器设备笨重，邮寄成本高；对策：水运计量站目前对测深仪提供上门检定服务；

原因五：担心邮寄过程中仪器损坏；对策：购买保险；

原因六：送检路途远；对策：设置地方分站；

原因七：只送部分仪器设备，满足资质管理要求和招投标的最低限；对策：加强行业和工程监管，确保用于关键工程的仪器设备通过计量检定。

不送检的原因多种多样，但是未送检造成的危害是一样的。因此行业主管部门应该加强计量政策指导，呼吁重要的水文勘察测绘仪器设备纳入到《中华人民共和国强制检定工作计量器具明细目录》和《测绘计量器具目录》，对应用在贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测等方面的计量器具进行强制检定管理，确保水文勘察测绘单位仪器设备的计量准确性；另一方面，水文勘察测绘单位应该加强计量管理，确保勘测质量，维护单位声誉，另外及时发现问题，进行返厂维修工作，不能因为国家和行业没有强制检定管理规定，而放松对水文勘察测绘仪器设备的计量校准工作。

六、总结及建议

目前，水运计量工作刚刚起步，交通水运计量体系还不健全，计量服务能力较为薄弱，社会各方对计量工作的重视程度还不够，因此计量工作的推进需要社会各方的配合和支持，第一，国家水运工程检测设备计量站的计量服务工作刚刚开始，计量服务能力还比较薄弱，需要行业主管部门的大力支持，建设一批高水准的计量标准设施，为行业各单位提供优质的计量服务；第二，交通质检部门应将计量检查工作纳入到质检工作中，加强工程建设中的仪器设备计量督查工作，促进各方对计量工作的重视；第三，对于工程勘察测绘业主单位，应加强对开展勘察测绘的仪器设备的管理和并提出计量要求，确保工程适量；第四，同时也需要行业各单位重视勘测仪器设备的计量工作，在开展涉及到贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测等方面的计量工作时，对于可开展计量检定的仪器设备，要及时送检，对于目前还没有开展计量检定的仪器设备，要加强自校准工作，确保仪器设备计量准确性。

参考文献:

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[5]唐力放.海洋测绘仪器设备检测、评估的建设和发展预测[A].中国测绘学会第十五届海洋测绘综合性学术研讨会论文集[C],2003.

[6]王爱军,高占科,彭建军.浅谈海洋计量工作的特点及发展动态[J].气象水文海洋仪器,2011(4):90-92.

【作者简介】本文作者/韩鸿胜 曹玉芬 柳义成 赵晖 李妍，来自交通运输部天津水运工程科学研究所国家水运工程检测设备计量站；第一作者韩鸿胜，1982年出生，男，高级工程师，主要从事港航工程水文环境、检测以及计量等方面研究工作；本文来自《中国计量》（2017年第8期），编发时做了个别修改，用于学习与交流，已取得作者授权。

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