HW－1000C非接触超声波水位计的分析

□孙繁亭(巴州水文水资源勘测局)

一、HW－1000C无线远传型非接触超声波水位计的原理

HW－1000C无线远传型非接触超声波水位计测量系统由外业测站和室内接收机部分组成。外业测站设备包括：水位测量端机、数据发送机、声传感器、温度传感器、无线发送天线及馈线、太阳能电池板等。室内接收设备包括：无线数据接收机及处理机，天线及馈线以及用户配置的计算机系统。

HW－1000C无线远传型非接触超声波水位计的一些技术指标：一是10米变幅内误差小于±2cm（《水位观测标准》GBJ138-90自记水位计允许测量误差在室内测定保证率95%时，综合误差±2cm）；二是适应温度范围：-15℃～50℃；三是无线传输在通视条件下，最大传输距离50公里。

二、两种观测方法的对比分析

（一）基本资料

英额巴扎水文站测验断面位于塔里木河中游，塔里木河大桥下游断面。非接触超声波水位计就固定在桥后端。原始资料选用2009年部分超声波自记水位计读数与人工观测水位读数的比测值。

（二）时间对比分析

仪器石英钟时间与北京时间对比得：三天（72小时）误差不到10秒（详见表1）。

表1 仪器石英钟时间与北京时间对比表

仪器时钟误差1d＜0.3min（《水位观测标准》GBJ138-90自记水位计允许走时误差±0.5min）,误差在允许范围之内。

（三）不同水位级水位的对比分析

河流水位变化平缓时，超声波自记水位计读数与人工观测水位读数相差不大，在0.00－+0.03m之间，现将部分数据列表（见表2）。

表2 8月14日－24日人工观测水位值水位计值对比表

序号 日期 时间 人工观测值 水位计值 绝对误差 序号 日期 时间 人工观测值 水位计值 绝对误差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

选用3个时段的水位进行对比分析：分别是中低水、中水、高水(包括了水位长落过程)，它们的系统误差分别是：0.01%、0.01%、-0.01%。如图1

图1 超声波水位计值与人工观测值对比图

其中，系列1为人工观测值，系列2为超声波水位计值。系列1与系列2水位值非常接近，符合《水位观测标准》GBJ138-90规定的自记水位计的比测系统误差不应超过±1%的要求。

（四）波浪大小不同情况下的对比分析

分别在无波浪、一般波浪、较大波浪3种情况下对超声波水位计值进行分析见图2：

系列1是无波浪时水位计值，水位值变化较平稳，置信水平取95%，综合不确定度为1.6cm；系列2是较大波浪时水位计值，水位值变化波浪大，最大水位差值为4cm，置信水平取95%，综合不确定度为3.0cm；系列3是一般波浪时超声波水位计值，水位值变化有一定波纹，置信水平取95%，综合不确定度为2.6cm。由此可以看出，波浪对超声波水位计读数影响较大。综合不确定度允许误差范围3cm。以上各误差，在允许范围内。

图2 一段时间内水位的变化图

三、结论

由以上分析可知，英额巴扎水文站在满足及运用以上指标基础上，安装使用HW－1000C无线远传型非接触超声波水位计以来，虽然水位计值与人工观测水位值有一定误差，超声波自记水位计水位容易出现一定的系统偏差，同时易受风浪的影响。但是观测时，应注意超声波自记水位计水位与人工观测水位对比，在数据充分时，只要修正超声波自记水位计零点高程，水位在9.18m～10.71m之间可以用超声波水位计观测水位。