摘要：通过对益门镇水文站超声波水位计与人工水位观测对比数据分析，验证了超声波水位计观测精度完全能满足该站水位观测的要求，为今后该站实行水文自动化测报奠定了基础.
关键词：益门镇；超声波水位计；对比分析
1基本概况
1.1测站概况
清姜河为渭河一级支流，控制面积219km2，河长37.6km，距河口距离5.4 km。益门镇水文站建于1955年，是清姜河重要控制站，属国家二类站，观测项目有水位、流量、含沙量、降雨、水质监测等。主要是收集淸姜河水文特征资料，分析研究该流域暴雨径流关系及产汇流变化规律，为渭河下游及宝鸡市建设工业用水、防汛工作提供水情服务。
建站以来实测最高水位642.00m，相应流量734m3/s，发生在1981年8月21。建站以来实测最大流量734m3/s，发生于1981年8月21日，实测最大流速7.87 m/s，发生于1981年8月21日，实测最大含沙量446 kg/m3，发生在1982年6月28日。多年平均降雨量742mm，多年平均径流量1.279×108m3。
1.2测验断面情况
该站测验河段较顺直，河槽为宽浅形河床，河床系沙卵石组成。测验河段共布设上、中、下三个断面，流速仪测流断面兼浮标中断面，基本水尺断面与流速仪测流断面重合，浮标断面上下断面间距100m。比降断面上下断面间距200m。
超声波水位塔位于基本断面左岸26.5处。测流缆道为开口式单跨主索，主索跨度65.1m，测洪能力为20年一遇，流量为533 m3/s，相应水位为640.45m。基上130m有石拱桥一座。基下0.12km有水泥钢混结构桥一座，桥面净宽10.0m，计有2个桥墩，中间 2个桥墩为直立水泥桥墩。孔距15.0m。大桥距河床底高度滩地部分约7m至9m，主槽部分为17m左右。符合《水文巡测规范》第5.1.2条、5.1.3条之比测实验要求。
1.3水沙特性
清姜河洪水主要为区间连续降雨或暴雨形成，来源于区间上游及支流。断面上游有两个暴雨信息站，分别是观音堂和杨家湾，观音堂站距断面约16 km，杨家湾距断面约6 km，受秦岭特殊的气候、地质、植被生物等影响，水位—流量关系呈单一线；水沙峰大部分时间基本同步，有时沙峰早于水峰，含沙量较小。该站流域内河道纵比降较大，河水涨落变化起伏较快，流速大。断面上游很少受工业及其他社会活动影响，水质良好。
2 比测目的
为了提高水文测验的科技含量及自动化水平，适应科技现代化对水文测验的要求，减少职工劳动强度，缩短测报历时，确保人身安全，实现水位观测的自动化，数字化，提高工作效率，减少由于人工观测而带来的水位系统误差和偶然误差，提高水位数据的正确性和可靠性。
3 仪器使用情况
益门镇水文站采用非接触超声波水位计。实现了64kb固态存储、数字自动显示、格雷码输出口、RS485、RS-232通信接口、电流环通信。其该仪器工作原理：当超声波在空气中传播遇到水面后反射，仪器测得声波往返于传感器到水面之间的时间，根据声速计算距离，在用传感器的安装工程减去其到水面的距离得到水位。声波在空气中的传播速度主要受环境温度T的影响，C=331.42+0.61T。为保证测流精度，超声波水文计进行声速温度修正，以保证测流精度达到规范要求。
RTU YSCAPA-非接触超声波水位计主要技术指标
4资料分析
4.1分析依据
根据《水位观测标准》（GB/T50138-2010）6.2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。其比测综合不确定度、系统误差标准如下：
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差不超过±5min的要求。
根据规范E.0.6 采用自动监测设备监测水位时，其系统误差及不确定度应按下列方法估算：
4.2 采用资料
根据《水位观测标准》（GB/T50138-2010）6.2自记水位计的比测中第6.2.1条规定：比测可按水位分幅、分阶段分别进行，每阶段比测次数应在30次以上。
本次比测分析选用2016年3月、7月该站超声波水位计采集的数据和同期人工观测水位数据。
2016年3月、7月同步观测的水位观测数据原始资料详见附表一、水位对比过程线详见图1、图2。
5.计算分析与评定
根据水位观测标准（GB/T 50138-2010），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；波浪问题突出的近海地区水位站，综合不确定度可放宽至5cm。
在本次分析数据均为石英钟观测计时，误差精度均在±0.5min/日，满足规范对时差的要求。平水期、洪水期比测结果误差计算表详见表1、表2。
表1 平水期比测结果误差计算表
表2 洪水期比测结果误差计算表
6 结论
本次比测分析，综合不确定度1.3cm、系统误差0.08cm，符合置信水平95%的随机不确定度3cm的要求，系统误差符合±1cm的限差要求。
从超声波水位计记录资料和人工观测水位数据的比测分析结果可以看出，该站超声波水位计观测精度符合水位观测规范的要求，该水位计在各种环境条件下工作状态稳定、可靠，可以替代人工观测水位的数据。在以后的工作中要加强对水位计的维护，使之在水文现代化进程中发挥巨大的作用。
7 建议
（1）超声波式水位计 应用声波反射的原理来测量水位。分为水介式和气介式两类。声波在介质中以一定速度传播，当遇到不同密度的介质分界
面时，声波立即发生反射。水介式是将换能器安装在河底，垂直向水面发射超声波；气介式是将换能器固定在空气中某一高处，向水面发射超声波。两种形式均不需建测井。水介式声速受水温、水压及水中浮悬粒子浓度影响，在测量过程中要对声波校正，才能达到测最精度。气介式要对气温影响进行校正，其优点是不受水中水草、泥沙等影响。
从本次对比分析观测看，超声波水位计是一种新型的仪器设备，超声波水位计在设备工作正常且探头着流的情况下，观测精度可满足规范要求，在这种情况下，水位观测可采用超声波水位计观测数据。通过本人在益门镇水文站以来的近4年的观测来看，超声波水位计在风速特别大的时候，对水位数据精确度有些影响，这时就应采用超声波水位计和人工水位观测相结合的方法进行水位观测，人工观测主要是在超声波水位计脱流或设备出现故障时进行补测，确保该站水位观测结果的完整可靠。
（2）加强水文信息化专业人才的培养和水文超声波水位计维护队伍的建设，使水文自动系统的运行管理、升级改造得到维修保障和技术支撑。
参考文献：
[1]水位观测标准GB/T 50138-2010
[2]水文资料整编规范 SL247-2012
论文作者:王桂芳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：水位计论文; 水位论文; 超声波论文; 断面论文; 误差论文; 水文论文; 该站论文; 《基层建设》2019年第2期论文;