□孫繁亭(巴州水文水資源勘測(cè)局)

一、HW－1000C無(wú)線遠(yuǎn)傳型非接觸超聲波水位計(jì)的原理

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

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

二、兩種觀測(cè)方法的對(duì)比分析

（一）基本資料

英額巴扎水文站測(cè)驗(yàn)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(jì)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(jì)讀數(shù)與人工觀測(cè)水位讀數(shù)的比測(cè)值。

（二）時(shí)間對(duì)比分析

儀器石英鐘時(shí)間與北京時(shí)間對(duì)比得：三天（72小時(shí)）誤差不到10秒（詳見(jiàn)表1）。

表1 儀器石英鐘時(shí)間與北京時(shí)間對(duì)比表

儀器時(shí)鐘誤差1d＜0.3min（《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ138-90自記水位計(jì)允許走時(shí)誤差±0.5min）,誤差在允許范圍之內(nèi)。

（三）不同水位級(jí)水位的對(duì)比分析

河流水位變化平緩時(shí)，超聲波自記水位計(jì)讀數(shù)與人工觀測(cè)水位讀數(shù)相差不大，在0.00－+0.03m之間，現(xiàn)將部分?jǐn)?shù)據(jù)列表（見(jiàn)表2）。

表2 8月14日－24日人工觀測(cè)水位值水位計(jì)值對(duì)比表

序號(hào) 日期 時(shí)間 人工觀測(cè)值 水位計(jì)值 絕對(duì)誤差 序號(hào) 日期 時(shí)間 人工觀測(cè)值 水位計(jì)值 絕對(duì)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(gè)時(shí)段的水位進(jìn)行對(duì)比分析：分別是中低水、中水、高水(包括了水位長(zhǎng)落過(guò)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(jì)值與人工觀測(cè)值對(duì)比圖

其中，系列1為人工觀測(cè)值，系列2為超聲波水位計(jì)值。系列1與系列2水位值非常接近，符合《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》GBJ138-90規(guī)定的自記水位計(jì)的比測(cè)系統(tǒng)誤差不應(yīng)超過(guò)±1%的要求。

（四）波浪大小不同情況下的對(duì)比分析

分別在無(wú)波浪、一般波浪、較大波浪3種情況下對(duì)超聲波水位計(jì)值進(jìn)行分析見(jiàn)圖2：

系列1是無(wú)波浪時(shí)水位計(jì)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(shí)水位計(jì)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(shí)超聲波水位計(jì)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(duì)超聲波水位計(jì)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(shí)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(yùn)用以上指標(biāo)基礎(chǔ)上，安裝使用HW－1000C無(wú)線遠(yuǎn)傳型非接觸超聲波水位計(jì)以來(lái)，雖然水位計(jì)值與人工觀測(cè)水位值有一定誤差，超聲波自記水位計(jì)水位容易出現(xiàn)一定的系統(tǒng)偏差，同時(shí)易受風(fēng)浪的影響。但是觀測(cè)時(shí)，應(yīng)注意超聲波自記水位計(jì)水位與人工觀測(cè)水位對(duì)比，在數(shù)據(jù)充分時(shí)，只要修正超聲波自記水位計(jì)零點(diǎn)高程，水位在9.18m～10.71m之間可以用超聲波水位計(jì)觀測(cè)水位。