SEBAPLUS35型雷達(dá)水位計(jì)在黃陵水文站比測(cè)分析及應(yīng)用

王寶童

（延安水文水資源勘測(cè)局 陜西 延安 716000）

一、概況

黃陵水文站位于陜西省黃陵縣城關(guān)鎮(zhèn)，于1966年6月設(shè)立，系黃河流域北洛河水系沮水河干流控制站。集水面積2266km2，占流域總面積的91.0%，河長(zhǎng)140km，距河口里程22km，河道平均比降3.08‰。實(shí)測(cè)最大洪峰流量為606m3/s，實(shí)測(cè)最高水位500.13m，實(shí)測(cè)最大水深6.27m。該站監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫等，測(cè)驗(yàn)斷面左右岸均砌有河堤，水面寬度最大僅為26.4m，砂卵石河床，兩邊水草茂盛，沖淤變化不大，斷面下游160m修滾水壩一座，對(duì)低水測(cè)流有影響，斷面下游80m處有一座橋。基本水尺斷面兼測(cè)流斷面。

沮水河上游處于子午嶺林區(qū)邊緣，植被較好，產(chǎn)流較少。洪水主要由暴雨形成，峰型肥胖，歷時(shí)較長(zhǎng)。歷年中高水水位流量關(guān)系線多呈單一線，一般洪水含沙量較小，洪峰過(guò)程與沙峰過(guò)程基本同步，峰型相似。

本站于2012年6月完成了陜西省中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)基本水文站改造項(xiàng)目建設(shè)，新設(shè)立了SEBAPLUS35型雷達(dá)自動(dòng)水位計(jì)。

二、SEBAPLUS35型雷達(dá)水位計(jì)原理及特點(diǎn)

1、原理及構(gòu)造

SEBAPLUS35型雷達(dá)水位傳感器利用雷達(dá)波測(cè)量雷達(dá)水位計(jì)安裝高程位置到水面的距離，實(shí)際上是一臺(tái)測(cè)距儀。SEBAPLUS35型雷達(dá)水位計(jì)利用微波脈沖通過(guò)天線發(fā)射并接受，雷達(dá)波以光速運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間通過(guò)電子部件轉(zhuǎn)化為水位信號(hào)，再利用水位遙測(cè)終端，將雷達(dá)信號(hào)采集、傳輸，完成對(duì)水位的監(jiān)測(cè)。黃陵水文站的SEBAPLUS35型雷達(dá)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由水位塔、安裝支架、水文遙測(cè)終端一體機(jī)、太陽(yáng)能電池板、傳輸系統(tǒng)及配件組成。

表達(dá)公式為：h=1/2VT,Z=A-h式中：V——光速；

T——雷達(dá)波往返水位計(jì)和水面之間的時(shí)間；

h——水位計(jì)至水面的距離；

Z——水位；

A——雷達(dá)水位計(jì)的安裝高程；

2、優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)

（1）優(yōu)點(diǎn)：德國(guó)產(chǎn)SEBAPULS35型雷達(dá)水位計(jì)，雷達(dá)波不受溫度、濕度、氣壓、風(fēng)雪雨沙等惡劣天氣和環(huán)境因素的影響，性能相當(dāng)穩(wěn)定，在其工作范圍內(nèi)具有極高的精度，且不需要建測(cè)井，安裝方便。雷達(dá)波頻率為26GHz,測(cè)量精度高，誤差范圍為±3mm，工作溫度在攝氏-40℃～80℃。功耗小，在12V時(shí)功耗為22.4mA或小于12mA。

圖1 黃陵水文站平水期水位過(guò)程線

圖2 黃陵水文站平水期水位過(guò)程線

圖3 黃陵水文站洪水期水位過(guò)程線

表1 洪水期誤差分析統(tǒng)計(jì)表

表3 平水期比測(cè)分析結(jié)果

表4 洪水期比測(cè)分析結(jié)果

（2）缺點(diǎn)：封凍期河面需要破冰，否則顯示為河干或水位0.00。

三、數(shù)據(jù)比測(cè)分析

1、分析方法

本次比測(cè)分析選擇黃陵水文站2013年平水期和洪水期三個(gè)階段人工水尺水位觀測(cè)數(shù)據(jù)與雷達(dá)水位計(jì)水位觀測(cè)數(shù)據(jù)，其中平水期兩個(gè)階段數(shù)據(jù)共56組，洪水期一個(gè)階段數(shù)據(jù)共83組，分析計(jì)算采用《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50138-2010）附錄E.0.6里自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)水位時(shí)所采用的不確定度估算方法進(jìn)行水位觀測(cè)不確定度的估算。其平水期和洪水期水位過(guò)程線如圖1、圖2、圖3。

《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50138-2010）規(guī)定比測(cè)結(jié)果應(yīng)符合置信水平95%的綜合不確定度應(yīng)為3cm，系統(tǒng)誤差應(yīng)為±1cm。

其不確定度應(yīng)按下列公式計(jì)算

（1）系統(tǒng)不確定度

式中：Pyi——自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位；

Pi——人工校測(cè)水位；

N——校測(cè)次數(shù)。

（2）隨機(jī)不確定度應(yīng)按下式計(jì)算：

（3）綜合不確定度按下式計(jì)算：

2、誤差分析統(tǒng)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表1、表2、表3、表 4。

從表3、表4分析結(jié)果數(shù)據(jù)中可以看出平水期用雷達(dá)水位計(jì)監(jiān)測(cè)水位時(shí)，其綜合不確定度為2.5cm≤3cm,系統(tǒng)誤差為+0.4cm≤±1cm；洪水期用雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)，其綜合不確定度為1.8cm≤3cm,系統(tǒng)誤差為+0.7cm≤±1cm，誤差分析結(jié)果完全符合《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50138-2010）規(guī)定的要求。

四、結(jié)論

SEBPAULS35型雷達(dá)水位計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，封閉嚴(yán)密，利于裝卸維護(hù)，觀測(cè)傳輸快捷、精度高，完全適用常年無(wú)封凍河道的水位觀測(cè)要求。通過(guò)誤差分析置信水平95%的綜合不確定度、系統(tǒng)誤差符合水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50138-2010）的要求，滿足防汛和水文資料的整編要求。SEBPAULS35型雷達(dá)水位計(jì)不僅提高了水文測(cè)驗(yàn)科技含量和自動(dòng)化水平，而且減輕了水文職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短測(cè)報(bào)歷時(shí)，實(shí)現(xiàn)水位觀測(cè)的自動(dòng)化、數(shù)字化。大大的提高了工作效率，同時(shí)，可以減少由于觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)的差異而帶來(lái)的水位觀測(cè)誤差和偶然原因而出現(xiàn)的差錯(cuò)，提高水位觀測(cè)資料的精度及可靠性。可以作為一種常用水位觀測(cè)設(shè)備而加以利用。陜西水利

[1]中華人民共和國(guó)水利部.水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)[GB].中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.