HW－1000C非接觸超聲波水位計的分析

□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由外業測站和室內接收機部分組成。外業測站設備包括：水位測量端機、數據發送機、聲傳感器、溫度傳感器、無線發送天線及饋線、太陽能電池板等。室內接收設備包括：無線數據接收機及處理機，天線及饋線以及用戶配置的計算機系統。

HW－1000C無線遠傳型非接觸超聲波水位計的一些技術指標：一是10米變幅內誤差小于±2cm（《水位觀測標準》GBJ138-90自記水位計允許測量誤差在室內測定保證率95%時，綜合誤差±2cm）；二是適應溫度范圍：-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與人工觀測水位讀數的比測值。

（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。

（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與人工觀測水位讀數相差不大，在0.00－+0.03m之間，現將部分數據列表（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規定的自記水位計的比測系統誤差不應超過±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，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。

圖2 一段時間內水位的變化圖

三、結論

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一定的系統偏差，同時易受風浪的影響。但是觀測時，應注意超聲波自記水位計水位與人工觀測水位對比，在數據充分時，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。