［摘要］超声波水位计有一定的测定误差，利用阿勒泰地区水文站超声波水位计的观测数据和对应的人工观测数据，进行对比分析。分析结果表明:四次对比观测试验中，综合不确定度基本在0．0165～0．1536之间，均满足在95%的置信度水平内要求测定水位间的综合不确定度为3cm的规范要求，满足测验系统误差在±1cm之内的测验误差要求，阿勒泰地区三畅超声波水位计符合测验误差规范，可用来代替人工水位观测。

 

      超声波水位计已经在新疆许多地区水文站得到应用，其测定误差是否可满足水文测样的规范要求，一直是水文测站工作人员关注的问题。对于水文测样误差非常好的办法就是采用对比观测的方式，结合人工观测对新仪器进行对比测试分析，从而分析其观测误差是否符合测验的规范要求。当前，许多区域都针对超声波水位计的测验误差进行分析，各分析结果表明三畅超声波水位计经过多年的调试改造后，基本可符合水位观测的误差规范，可用来替代人工观测水文数据。然后在新疆地区的对比观测研究还较少，为分析阿勒泰地区水文站超声波水位计的观测误差，结合区域水文站点不同时间的水位观测数据，通过对比观测分析超声波水位计在区域水位观测的误差，从而分析超声波水位计的适用性。

 

1研究方法及资料选用

1．1误差评估方法

      在水位对比观测试验时，主要采用以下指标对其水位测定的误差进行评价，在95%的置信度水平内要求测定水位间的综合不确定度为3cm，测验系统误差在±1cm之内。采用水位测验规范要求的误差指标计算方程分别为:

1)测验的不确定度

      计算测验不确定度的方程为:

      在方程中Pyi表示为超声波水位计观测的水位数据(m);Pi表示为人工监测的水位数据(m);N表示为对比观测的次数。2)超声波水位计的随机不确定度计算超声波水位计的随机不确定度，其计算方程为:

      方程中x″y表示为随机的不确定度，其他变量含义同方程(1)中的变量含义。此外还需要对三畅超声波水位计的综合不确定度进行分析，分析方程为:

      在方程中Xx表示为综合不确定度;x'2及x″y分别表示为不确定度和随机不确定度。

 

1．2资料选用情况

      按照水位测定标准规范的要求，对于比测次数进行明确要求，按照水分的分幅或分阶段进行水位的对比观测，不同阶段的水位比测次数一般要求在30次以上。本次水位比测分析数据采用2018年5－10月的自计水位数据和同一个时期的人工水位观测数据进行误差分析，各期观测时间和次数见表1。结合同步水位观测数据，对比分析其水位吻合度。

2测分析结果

2．1不同时期水位对比观测结果

      对比观测了4个时期的自动水位和人工观测水位数据，并分析其过程对比结果，各时期水位对比观测结果见图1。

      从不同时间的超声波水位计和人工观测的水位计对比结果可看出，各时期三畅超声波水位计和人工观测的水位计均具有较好的吻合度，从非常好次对比观测结果可看出，其水位变幅在7．48～7．72m之间，中高水位时期拟合度更高，低水位是拟合度相对较差，这主要是因为中高水位超声波水位计受外界影响程度较小，而在低水位时，其受外界影响程度较高，使得其拟合度相对较差，从第二场对比观测试验中也可看出，中高水位时误差较小，而在低水位时误差相对较大。第二场水位变幅在7．49～7．85m之间，水位变幅要高于非常好观测试验水位，因此其总体吻合度要好于非常好次对比观测试验。第三次水位对比观测试验可看出，其水位吻合度明显高于其他几个对比观测试验场次，第四次对比观测试验主要出现在平水期，可以看出，其水位相比于其前几场对比观测试验降低程度明显，受低水影响，其吻合度也有所降低。

 

2．2不同时期水位对比观测值相关性分析结果

      结合4场不同时期水位对比观测数据，建立自计水位计观测的水位与人工观测水位的相关性，相关性分析结果见图2。

      从各试验期的自动观测水位和人工观测水位的相关性分析可看出，各时期相关性均可在0．8以上，属于高度相关，且相关系数均为正，表明自动观测的水位和人工观测水位属于正相关。其中第二次的对比观测试验相关系数非常高为0．9257，这主要是因为第二次对比观测属于高水阶段，高水位阶段超声波水位计与人工观测水位相关性较好。第三次观测试验相关系数为0．8452，低于其他三次对比观测试验的相关系数，这主要是这一阶段属于水位较低的时期，在低水期，其相关系数有所降低，但均高于0．8，相关性也可满足水位测验的误差要求。从四次对比观测试验可分析中，三畅超声波水位计和人工观测水位计具有较好的相关性。

 

2．3不同时期水位对比观测值相误差评定结果

      对四次对比观测分析的数据进行误差评定，各对比观测的误差评定结果见表2。

      从对比观测的误差评定结果可看出，综合不确定度基本在0．0165～0．1536之间，均满足在95%的置信度水平内要求测定水位间的综合不确定度为3cm的规范要求，各对比观测方式下综合不确定度均小于3cm，符合测验的规范要求。从综合不确定度的分析范围可看出，非常好次对比观测试验其综合不确定度非常大，为0．1536，这主要是因为低水水位影响了其观测精度，第二次和第三次高水位精度较高，因此其综合不确定度也较小。从系统误差可看出，其系统误差均为负值，表明三畅超声波水位计观测值小于人工观测值，这属于正常的误差范围。从系统误差分布可看出，均小于1cm，满足测验系统误差在±1cm之内的规范要求，非常好次和第四次对比观测由于低水位，其系统误差较大，而高水位阶段，系统误差较小，精度更高。

3结语

      (1)各对比观测试验中，三畅超声波水位计和人工观测水位计的拟合度和相关度均较高，其中中高水位时期拟合度更高，低水位是拟合度相对较差，这主要是因为中高水位超声波水位计受外界影响程度较小，而在低水位时，其受外界影响程度较高，使得其拟合度相对较差;

      (2)四次对比观测试验中，综合不确定度基本在0．0165～0．1536之间，均满足在95%的置信度水平内要求测定水位间的综合不确定度为3cm的规范要求，满足测验系统误差在±1cm之内的测验误差要求，阿勒泰地区超声波水位计符合测验误差规范，可用来代替人工水位观测。