百色水文站水溫自動監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用分析

覃麗梅

（百色水文中心，廣西 百色 533099）

1 HS-WT01水溫自動遙測系統(tǒng)簡介

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理及特點

成都漢維斯科技有限公司生產(chǎn)的HS-WT01水溫自動遙測系統(tǒng)，由供電系統(tǒng)、水溫傳感器、遙測終端機（RTU）、無線數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）、服務(wù)器中心軟件平臺及安裝支架等組成，該系統(tǒng)能按照水溫觀測有關(guān)規(guī)范要求，自動測量水溫，并將測得數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至中心站服務(wù)器軟件平臺，實現(xiàn)水溫監(jiān)測的自動化。特點：水溫傳感器始終處于水面以下50 cm位置，定時測量水溫，自動生成相關(guān)水溫報表，歷史水溫查詢。

1.2 技術(shù)參數(shù)

（1）水溫度變送器。整體材質(zhì)：304不銹鋼；測量范圍：-50～100℃；供電電壓：12～36VDC；輸出接口：RS485；測量精度：0.5%FS；環(huán)境溫度：-40～85℃；穩(wěn)定性能：±0.1%FS/年；防護等級：IP68；整體重量：約600 g。

（2）遙測終端機（RTU）。供電電壓：12～36VDC；接口：RS232接口3個、RS485接口3個；可單獨控制外部供電電源；工作溫度：-30～+70℃；尺寸：230 mm×175 mm×50 mm。

2 測站基本情況

百色水文站設(shè)立于1936年，位于百色市右江區(qū)城東社區(qū)右江江段左岸，是珠江流域西江水系右江的重要控制站，屬國家重要水文站。百色水文站集水面積為21 720 km2，主要測驗項目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、岸溫、水質(zhì)。

百色水文站水溫自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝于2019年3月，6月份線纜因施工被挖斷，數(shù)據(jù)中斷，2020年4月10日設(shè)備數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

3 水溫自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與人工監(jiān)測數(shù)據(jù)對比分析

人工觀測數(shù)據(jù)為按規(guī)范要求每日08時在基本水尺斷面觀測，并每月進行整編，資料成果質(zhì)量高，準確、有效；HS-WT01水溫自動遙測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用與人工觀測相同時段采集到的水溫數(shù)據(jù)，期間如有因設(shè)備故障等原因?qū)е碌臄?shù)據(jù)缺失，則該日不參與比測分析。比測數(shù)據(jù)系列共有456組數(shù)據(jù)。

3.1 自動監(jiān)測與人工監(jiān)測逐日水溫的相關(guān)分析

通過統(tǒng)計分析，日水溫誤差最大為-1.5℃，出現(xiàn)在2021年5月6日，最小誤差為0。各誤差范圍及所占總?cè)諗?shù)百分比見表1。

由表1可知，日水溫誤差在0.5℃以內(nèi)的日數(shù)占總?cè)諗?shù)的95.4%，自動監(jiān)測與人工監(jiān)測日水溫誤差較小，受外界環(huán)境影響較小，監(jiān)測精度較高，符合觀測技術(shù)要求。

表1 百色站自動監(jiān)測與人工監(jiān)測逐日水溫誤差統(tǒng)計分析表

將自動監(jiān)測水溫與人工監(jiān)測水溫繪制散點圖，建立相關(guān)關(guān)系（見圖1）。由圖1可見，自動監(jiān)測與人工監(jiān)測逐日水溫點子密集，呈直線趨勢，建立回歸直線方程，兩者的相關(guān)系數(shù)R為0.995，接近于1，說明兩種觀測方式取得的資料點子存在相關(guān)關(guān)系，且關(guān)系穩(wěn)定、密切。

圖1 百色站自動監(jiān)測與人工監(jiān)測逐日水溫相關(guān)關(guān)系圖

3.2 自動監(jiān)測與人工監(jiān)測月平均水溫的相關(guān)分析

將456組逐日水溫按月進行統(tǒng)計，采用2020年5月～2021年7月月平均水溫共15組數(shù)據(jù)進行對比分析。通過統(tǒng)計分析，月平均水溫誤差均不大于±0.3℃，各月平均水溫誤差見表2。自動監(jiān)測與人工監(jiān)測月平均水溫誤差較小，監(jiān)測精度較高，符合觀測技術(shù)要求。

表2 百色站自動監(jiān)測與人工監(jiān)測月平均水溫誤差統(tǒng)計分析表

將自動監(jiān)測水溫與人工監(jiān)測月平均水溫繪制散點圖，建立相關(guān)關(guān)系（見圖2）。由圖2可見，自動監(jiān)測與人工監(jiān)測月平均水溫點子密集，呈直線趨勢，建立回歸直線方程，兩者的相關(guān)系數(shù)R為0.997，接近于1，說明兩種觀測方式取得的資料點子存在相關(guān)關(guān)系，且關(guān)系穩(wěn)定、密切。

圖2 百色站自動監(jiān)測與人工監(jiān)測月平均水溫相關(guān)關(guān)系圖

3.3 誤差分析

對自動監(jiān)測逐日水溫的456個點進行系統(tǒng)誤差及隨機不確定計算，系統(tǒng)誤差為-0.5%，隨機不確定度為3.0%；對自動監(jiān)測月平均水溫的15個點進行系統(tǒng)誤差及隨機不確定計算，系統(tǒng)誤差為-0.4%，隨機不確定度為2.3%。自動監(jiān)測逐日水溫及月平均水溫系統(tǒng)誤差及隨機不確定度均在現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范允許誤差范圍內(nèi)，滿足精度要求。

4 結(jié)論

百色水文站采用的HS-WT01水溫自動監(jiān)測系統(tǒng)與人工監(jiān)測進行了一年多的比測，對比測數(shù)據(jù)進行了分析。水溫自動監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的逐日水溫、月平均水溫與人工監(jiān)測的逐日水溫、月平均水溫相比誤差很小，相關(guān)關(guān)系密切，誤差在現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范允許誤差范圍內(nèi)，滿足精度要求，可應(yīng)用于正式觀測及水溫資料整編，實現(xiàn)水溫監(jiān)測自動化。若該水溫自動監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可采用人工方法觀測。