□孫繁亭(巴州水文水資源勘測局)

一、HW－1000C無線遠傳型非接觸超聲波水位計的原理

HW－1000C無線遠傳型非接觸超聲波水位計測量系統(tǒng)由外業(yè)測站和室內(nèi)接收機部分組成。外業(yè)測站設(shè)備包括：水位測量端機、數(shù)據(jù)發(fā)送機、聲傳感器、溫度傳感器、無線發(fā)送天線及饋線、太陽能電池板等。室內(nèi)接收設(shè)備包括：無線數(shù)據(jù)接收機及處理機，天線及饋線以及用戶配置的計算機系統(tǒng)。

HW－1000C無線遠傳型非接觸超聲波水位計的一些技術(shù)指標：一是10米變幅內(nèi)誤差小于±2cm（《水位觀測標準》GBJ138-90自記水位計允許測量誤差在室內(nèi)測定保證率95%時，綜合誤差±2cm）；二是適應(yīng)溫度范圍：-15℃～50℃；三是無線傳輸在通視條件下，最大傳輸距離50公里。

二、兩種觀測方法的對比分析

（一）基本資料

英額巴扎水文站測驗斷面位于塔里木河中游，塔里木河大橋下游斷面。非接觸超聲波水位計就固定在橋后端。原始資料選用2009年部分超聲波自記水位計讀數(shù)與人工觀測水位讀數(shù)的比測值。

（二）時間對比分析

儀器石英鐘時間與北京時間對比得：三天（72小時）誤差不到10秒（詳見表1）。

表1 儀器石英鐘時間與北京時間對比表

儀器時鐘誤差1d＜0.3min（《水位觀測標準》GBJ138-90自記水位計允許走時誤差±0.5min）,誤差在允許范圍之內(nèi)。

（三）不同水位級水位的對比分析

河流水位變化平緩時，超聲波自記水位計讀數(shù)與人工觀測水位讀數(shù)相差不大，在0.00－+0.03m之間，現(xiàn)將部分數(shù)據(jù)列表（見表2）。

表2 8月14日－24日人工觀測水位值水位計值對比表

序號 日期 時間 人工觀測值 水位計值 絕對誤差 序號 日期 時間 人工觀測值 水位計值 絕對誤差9 17日 8∶00 10.70 10.70 0 23 20∶00 10.41 10.40 -0.01 10 14∶00 10.71 10.71 0 24 22日 8∶00 10.40 10.41 0.01 11 20∶00 10.70 10.69 -0.01 25 14∶00 10.40 10.39 -0.01 12 18日 8∶00 10.68 10.68 0 26 20∶00 10.40 10.40 0 13 14∶00 10.66 10.66 0 27 23日 8∶00 10.40 10.41 0.01 14 20∶00 10.65 10.63 0.02 28 14∶00 10.40 10.42 0.02 15 19日 8∶00 10.59 10.59 0 29 20∶00 10.40 10.41 0.01 16 14∶00 10.57 10.58 0.01 30 24日 8∶00 10.43 10.43 0

選用3個時段的水位進行對比分析：分別是中低水、中水、高水(包括了水位長落過程)，它們的系統(tǒng)誤差分別是：0.01%、0.01%、-0.01%。如圖1

圖1 超聲波水位計值與人工觀測值對比圖

其中，系列1為人工觀測值，系列2為超聲波水位計值。系列1與系列2水位值非常接近，符合《水位觀測標準》GBJ138-90規(guī)定的自記水位計的比測系統(tǒng)誤差不應(yīng)超過±1%的要求。

（四）波浪大小不同情況下的對比分析

分別在無波浪、一般波浪、較大波浪3種情況下對超聲波水位計值進行分析見圖2：

系列1是無波浪時水位計值，水位值變化較平穩(wěn)，置信水平取95%，綜合不確定度為1.6cm；系列2是較大波浪時水位計值，水位值變化波浪大，最大水位差值為4cm，置信水平取95%，綜合不確定度為3.0cm；系列3是一般波浪時超聲波水位計值，水位值變化有一定波紋，置信水平取95%，綜合不確定度為2.6cm。由此可以看出，波浪對超聲波水位計讀數(shù)影響較大。綜合不確定度允許誤差范圍3cm。以上各誤差，在允許范圍內(nèi)。

圖2 一段時間內(nèi)水位的變化圖

三、結(jié)論

由以上分析可知，英額巴扎水文站在滿足及運用以上指標基礎(chǔ)上，安裝使用HW－1000C無線遠傳型非接觸超聲波水位計以來，雖然水位計值與人工觀測水位值有一定誤差，超聲波自記水位計水位容易出現(xiàn)一定的系統(tǒng)偏差，同時易受風(fēng)浪的影響。但是觀測時，應(yīng)注意超聲波自記水位計水位與人工觀測水位對比，在數(shù)據(jù)充分時，只要修正超聲波自記水位計零點高程，水位在9.18m～10.71m之間可以用超聲波水位計觀測水位。