漫湾村水文站超声波水位计比测分析

任家伟

【摘要】本文漫灣村水文站对超声波水位计与人工水位平水期与洪水期的对比观测资料，经过系统误差和综合不确定度分析计算，得出该站非接触超声波自记水位计可以满足代替人工观测水位。

【关键词】超声波 ；水位计；比测 ；误差；不确定度

1、概况

1.1 测站概况

漫湾村水文站位于宝鸡市眉县汤峪镇漫湾村，为汤峪河出口控制站，属省级水文站，东经107°54”，北纬34°08”，距河口17.8km，流域面积358.5km2，河道平均比降2.42%，河床由卵砾组成。峪口以上干流全长26.3km，流域面积124.1km2，河道平均比降7.83%。年平均气温12.8°，多年平均降水量731mm，多年平均径流量0.601亿m3。调查最大流量173m3，发生于1900年8月，建站以来实测最大流量263m3/s，发生于2012年9月1日。实测最大含沙量75.7kg/m3，发生于1971年8月1日。该站测验项目有水位、流量、降水量。该站主要是收集汤峪河流域基本水文信息，为下游各级防汛部门及水资源开发利用提供服务。

1.2 测验断面

漫湾村水文站测验河段共布设3个断面，基本水尺断面兼流速仪测流断面及浮标中断面，上下比降断面兼上下浮标断面，上下断面间距80.0m，超声波水位计架设在基本水尺断面右岸起点距6m处主流处。多年来断面河床冲淤变化不大，常年均可观测，仪器安装稳固，周围无遮挡物存在。仪器高程在636.00m处，距离水面6m左右。测验河段较左右岸为人工护岸，单一河床，历年水位流量关系线为单一线。

2、仪器设备

该站采用安宏信息科技RTU YSCAPA-1型非接触超声波水位计。超声波水位计在空气中的传播速度主要受环境温度T的影响较大，C=331.42+0.61T。为保证测流精度，超声波水位计进行声速温度修正，以保证测流精度达到规范要求。

3、资料分析

3.1 分析依据

根据《水位观测标准》（GB/T50138-2010）第 6.2条自记水位计的比测中第6.2.1条新安装的自记水位计或改变仪器类型时应进行比测。比测合格后方可正式使用的规定，开展对超声波水位计与人工水位计的同时对比观测。比测数据应符合规范第6.2.2条规定的：比测时，可按水位分幅分几个阶段分别进行，每段比测次数应在30次以上。

3.2 分析技术标准

依据《水位观测标准》6.2.3条比测结果的规定：

（1）一般水位站，置信水平95%的综合不确定度应为3cm，系统误差应为±1cm；

（2）机械钟、石英钟的走时日误差允许误差普通级不超过±5min。

3.3 资料采用

本次分析采用2015年4月至9月超声波水位计与人工观测水位的同步对比观测数据，在平水期采用每日8时水位数据分析，在洪水期采用观测时段测验数据。采用的同步比测数据详见图1。

4、分析计算与评定

4.1 计算依据

根据规范E.0.6 采用自动监测设备监测水位时，其不确定度应按下列方法估算：

根据水位观测标准（GB/T 50138-2010），其比测结果应符合置信水平95﹪的综合不确定度应为3cm，系统误差应为±1cm。计算结果见表1、表2。

从以上比测结果可以看出，平水期综合不确定度及系统误差符合规范要求，成果合格；洪水期的综合不确定度最大为2.2cm，符合规范要求小于3cm的要求、系统误差0.22cm符合规范要求小于1<3cm的限差要求。达到了水位观测标准（GB/T 50138-2010）的精度要求。

5、结论

通过超声波水位计与人工观测水位数据的比测分析，比测数据符合规范要求的数据指标分析验证要求。证明该型号的非接触式超声波水位计观测精度符合水位观测规范的要求，该水位计在漫湾村水文站可以替代人工观测水位。

参考文献：

[1]水利电力部水利司。 水文测验手册 [M]. 北京，水利电力出版社：1975.11.

[2]陕西省水文水资源勘测局漫湾村水文站2015年观测资料[Z].2015.

[3]SL 247_2012。水文资料整编规范 [M]. 北京，水利水电出版社：2012.10.

[4]GB/T 50138-2010。水位观测标准 [M]. 北京，水利水电出版社：2000.1.

[5]张留柱、赵志贡 张法中等 水文测验学 [M].黄河水利出版社水利电力出版社：2002.8.

[6]SB 50179-93。河流流量测验规范 [M]. 北京，水利水电出版社：1993.