漫灣村水文站超聲波水位計比測分析

任家偉

【摘要】本文漫灣村水文站對超聲波水位計與人工水位平水期與洪水期的對比觀測資料，經過系統誤差和綜合不確定度分析計算，得出該站非接觸超聲波自記水位計可以滿足代替人工觀測水位。

【關鍵詞】超聲波 ；水位計；比測 ；誤差；不確定度

1、概況

1.1 測站概況

漫灣村水文站位于寶雞市眉縣湯峪鎮漫灣村，為湯峪河出口控制站，屬省級水文站，東經107°54”，北緯34°08”，距河口17.8km，流域面積358.5km2，河道平均比降2.42%，河床由卵礫組成。峪口以上干流全長26.3km，流域面積124.1km2，河道平均比降7.83%。年平均氣溫12.8°，多年平均降水量731mm，多年平均徑流量0.601億m3。調查最大流量173m3，發生于1900年8月，建站以來實測最大流量263m3/s，發生于2012年9月1日。實測最大含沙量75.7kg/m3，發生于1971年8月1日。該站測驗項目有水位、流量、降水量。該站主要是收集湯峪河流域基本水文信息，為下游各級防汛部門及水資源開發利用提供服務。

1.2 測驗斷面

漫灣村水文站測驗河段共布設3個斷面，基本水尺斷面兼流速儀測流斷面及浮標中斷面，上下比降斷面兼上下浮標斷面，上下斷面間距80.0m，超聲波水位計架設在基本水尺斷面右岸起點距6m處主流處。多年來斷面河床沖淤變化不大，常年均可觀測，儀器安裝穩固，周圍無遮擋物存在。儀器高程在636.00m處，距離水面6m左右。測驗河段較左右岸為人工護岸，單一河床，歷年水位流量關系線為單一線。

2、儀器設備

該站采用安宏信息科技RTU YSCAPA-1型非接觸超聲波水位計。超聲波水位計在空氣中的傳播速度主要受環境溫度T的影響較大，C=331.42+0.61T。為保證測流精度，超聲波水位計進行聲速溫度修正，以保證測流精度達到規范要求。

3、資料分析

3.1 分析依據

根據《水位觀測標準》（GB/T50138-2010）第 6.2條自記水位計的比測中第6.2.1條新安裝的自記水位計或改變儀器類型時應進行比測。比測合格后方可正式使用的規定，開展對超聲波水位計與人工水位計的同時對比觀測。比測數據應符合規范第6.2.2條規定的：比測時，可按水位分幅分幾個階段分別進行，每段比測次數應在30次以上。

3.2 分析技術標準

依據《水位觀測標準》6.2.3條比測結果的規定：

（1）一般水位站，置信水平95%的綜合不確定度應為3cm，系統誤差應為±1cm；

（2）機械鐘、石英鐘的走時日誤差允許誤差普通級不超過±5min。

3.3 資料采用

本次分析采用2015年4月至9月超聲波水位計與人工觀測水位的同步對比觀測數據，在平水期采用每日8時水位數據分析，在洪水期采用觀測時段測驗數據。采用的同步比測數據詳見圖1。

4、分析計算與評定

4.1 計算依據

根據規范E.0.6 采用自動監測設備監測水位時，其不確定度應按下列方法估算：

根據水位觀測標準（GB/T 50138-2010），其比測結果應符合置信水平95﹪的綜合不確定度應為3cm，系統誤差應為±1cm。計算結果見表1、表2。

從以上比測結果可以看出，平水期綜合不確定度及系統誤差符合規范要求，成果合格；洪水期的綜合不確定度最大為2.2cm，符合規范要求小于3cm的要求、系統誤差0.22cm符合規范要求小于1<3cm的限差要求。達到了水位觀測標準（GB/T 50138-2010）的精度要求。

5、結論

通過超聲波水位計與人工觀測水位數據的比測分析，比測數據符合規范要求的數據指標分析驗證要求。證明該型號的非接觸式超聲波水位計觀測精度符合水位觀測規范的要求，該水位計在漫灣村水文站可以替代人工觀測水位。

參考文獻：

[1]水利電力部水利司。 水文測驗手冊 [M]. 北京，水利電力出版社：1975.11.

[2]陜西省水文水資源勘測局漫灣村水文站2015年觀測資料[Z].2015.

[3]SL 247_2012。水文資料整編規范 [M]. 北京，水利水電出版社：2012.10.

[4]GB/T 50138-2010。水位觀測標準 [M]. 北京，水利水電出版社：2000.1.

[5]張留柱、趙志貢 張法中等 水文測驗學 [M].黃河水利出版社水利電力出版社：2002.8.

[6]SB 50179-93。河流流量測驗規范 [M]. 北京，水利水電出版社：1993.