安頭水文站雷達(dá)水位計(jì)比測(cè)分析

姚鵬飛　種園園　史淑慧（.陜西秦水生物科技有限公司陜西西安7008；.陜西省寶雞水文水資源勘測(cè)局陜西寶雞7006；.陜西秦水園林綠化工程有限公司陜西西安7008）

P01-06渭河

安頭水文站雷達(dá)水位計(jì)比測(cè)分析

姚鵬飛1種園園2史淑慧3
（1.陜西秦水生物科技有限公司陜西西安710018；2.陜西省寶雞水文水資源勘測(cè)局陜西寶雞721006；3.陜西秦水園林綠化工程有限公司陜西西安710018）

本文通過(guò)對(duì)安頭水文站雷達(dá)水位計(jì)與人工水位觀測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證了雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)精度完全能滿足該站水位觀測(cè)的要求，為今后安頭水文站實(shí)行水文自動(dòng)化測(cè)報(bào)奠定了基礎(chǔ)。

安頭；水文站；雷達(dá)水位計(jì)；對(duì)比分析

1　概況

1.1流域概況

漆水河發(fā)源于麟游縣招賢鎮(zhèn)西北的寧里溝，流經(jīng)麟游縣、扶風(fēng)、乾縣、永壽、楊陵區(qū)、武功縣，于武功縣大莊鄉(xiāng)南節(jié)村注入渭河，干流河長(zhǎng)152km，平均比降4.7‰，流域面積3824km2。流域呈西北高東南低，海拔在1300m～510m之間。安頭站位于流域中游，斷面以下7km處建有羊毛灣水庫(kù)一座，其上主要支流有澄水河、賈家河、申家河、董家河、史家河、武申河、永安河等，流域形狀近似扇形。流域上游為土石山區(qū)，河谷窄深，植被良好；中游為黃土塬區(qū)，谷坡破碎陡立，植被較差。流域氣候?qū)倥瘻貛Т箨懶园霛駶?rùn)季風(fēng)性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱，降水集中，降水強(qiáng)度大。年平均氣溫12.7℃。全年降水主要集中在7月、8月、9月三個(gè)月，占年降水量的60%，暴雨洪水多為陡漲陡落型。本站多年平均降水量583mm，多年平均徑流量0.622 億m3。建站以來(lái)實(shí)測(cè)最大流量511m3/s，發(fā)生于2007年8月9日。實(shí)測(cè)最大含沙量548kg/m3，發(fā)生于1974年7月25日。

1.2測(cè)站概況

安頭水文站設(shè)立于1971年1月，位于陜西省咸陽(yáng)市永壽縣店頭鎮(zhèn)安頭村，地處東經(jīng)108°03′，北緯34°36′，集水面積1007km2，距河口66km。本站系渭河水系漆水河羊毛灣水庫(kù)入庫(kù)控制站，屬省級(jí)重要站。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水質(zhì)。管轄杏林、崔木、野河、馮家村、上官村、閣頭寺、常豐、招賢、良舍9處國(guó)家基本雨量站，其中漆水河流域內(nèi)報(bào)汛雨量站6處。設(shè)站目的是收集渭河北岸漆水河流域基本水文信息，為羊毛灣水庫(kù)調(diào)度及水資源開發(fā)利用提供服務(wù)。

本站通過(guò)長(zhǎng)期連續(xù)地監(jiān)測(cè)水文數(shù)據(jù)，不斷探索漆水河羊毛灣水庫(kù)以上的水流沙特性和規(guī)律，為渭河北岸地區(qū)防汛抗旱、水資源合理開發(fā)利用提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

2　比測(cè)目的

隨著水文現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，水位自動(dòng)化觀測(cè)勢(shì)在必行。為了提高水文測(cè)驗(yàn)科技含量和自動(dòng)化水平，減輕野外測(cè)驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度，保證測(cè)驗(yàn)精度，適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)水文測(cè)驗(yàn)的要求故對(duì)本站配備一臺(tái)SEBAPLUS35型雷達(dá)水位計(jì)。通過(guò)比測(cè)分析為安頭水文站雷達(dá)水位計(jì)的應(yīng)用提供依據(jù)，使雷達(dá)水位計(jì)成為安頭水文站水位觀測(cè)的主要設(shè)備，減輕水文職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短測(cè)報(bào)歷時(shí)，實(shí)現(xiàn)水文觀測(cè)的自動(dòng)化、數(shù)字化、提高工作效率，同時(shí)雷達(dá)水位計(jì)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。

3　儀器設(shè)備

安頭水文站安裝的是德國(guó)產(chǎn)SEBAPLUS35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，雷達(dá)水位計(jì)在其工作范圍內(nèi)具有級(jí)高的精度，且不需要建測(cè)井，安裝方便。

雷達(dá)水位計(jì)的工作原理：是從雷達(dá)水位傳感天線發(fā)射雷達(dá)脈沖，天線接收從水面反射回來(lái)的脈沖，并記錄時(shí)間T，依據(jù)電磁波的傳播速度C（常數(shù)），計(jì)算探頭到水面的距離，再根據(jù)探頭安裝高程與探頭到水面的距離確定水位。為保證測(cè)流精度，雷達(dá)水位計(jì)進(jìn)行聲速溫度修正，以保證測(cè)流精度達(dá)到規(guī)范要求。

該站雷達(dá)水位計(jì)安裝在左岸起點(diǎn)距28m處，支架采用直徑600mm鋼管，內(nèi)灌注混凝土，儀器安裝高度6.5m，橫臂采用直徑30mm，長(zhǎng)度為3.0m可伸縮的鍍鋅鋼管，安裝有儀器檢修平臺(tái)。水位計(jì)自安裝運(yùn)行到現(xiàn)在沒有出現(xiàn)故障，在汛期、冬季均運(yùn)行正常。

表1　雷達(dá)水位計(jì)主要技術(shù)指標(biāo)

4　資料的選取及分析依據(jù)

4.1資料的選取

為確保分析成果的科學(xué)性和合理性，我站選用雷達(dá)探頭著流情況較好，人工觀測(cè)記載和雷達(dá)水位觀測(cè)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，本次對(duì)比分析選擇陜西省寶雞水文局安頭水文站2015年5月、7月、8月人工水位觀測(cè)與雷達(dá)水位計(jì)水位觀測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。資料嚴(yán)格按照《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》和測(cè)驗(yàn)任務(wù)書的要求來(lái)觀測(cè)水位，每日2時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí)必須進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)，漲水、退水過(guò)程中增加觀測(cè)次數(shù)，因此資料來(lái)源真實(shí)可靠且安頭站有資料記載，資料樣本共計(jì)194次同步觀測(cè)測(cè)量數(shù)據(jù)，滿足數(shù)據(jù)分析要求。［3］

4.2分析依據(jù)

根據(jù)水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50138-2010），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；波浪問(wèn)題突出的近海地區(qū)水位站，綜合不確定度可放寬至5cm。［1］按以下公式計(jì)算系統(tǒng)不確定度、隨機(jī)不確定度、綜合不確定度按以下公式計(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：

表2　安頭水文站水位比測(cè)分析結(jié)果

（3）綜合不確定度：

5　比測(cè)分析及誤差評(píng)定

依據(jù)安頭水文站2015年5月份水位64次、7月水位35次、8月水位95次，共計(jì)194次人工水位觀測(cè)數(shù)據(jù)與雷達(dá)水位計(jì)水位觀測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)，按水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50138-2010）中的相關(guān)公式計(jì)算系統(tǒng)不確定度、隨機(jī)不確定度、綜合不確定度，其計(jì)算結(jié)果見下表：［1、2、3］

從表中可以看出雷達(dá)水位計(jì)比測(cè)結(jié)果5月、7月、8月綜合不確定度分別為2.8cm、-0.09cm、2.22cm；系統(tǒng)誤差5月、7月、8月分別為0.08cm、 2.26cm、0.48cm，符合置信水平95%的隨機(jī)不確定度3cm，系統(tǒng)誤差±1cm的水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

6　結(jié)論與建議

（1）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，通過(guò)對(duì)安頭水文站5月、7月、8月其水位在95.27m～96.55m之間時(shí)，水位比側(cè)綜合不確定度分析分別為2.8cm、-0. 09cm、2.22cm；系統(tǒng)誤差5月、7月、8月分別為0.08cm、2.26cm、0.48cm，符合規(guī)范要求的置信水平95%的隨機(jī)不確定度3cm，系統(tǒng)誤差±1cm的水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。說(shuō)明安頭水文站使用雷達(dá)水位計(jì)代替人工觀測(cè)的水位數(shù)據(jù)在95.27m～96.55m范圍內(nèi)是可行的。

（2）從本次對(duì)比分析觀測(cè)看，雷達(dá)水位計(jì)是一種新型的儀器設(shè)備，雷達(dá)水位計(jì)在設(shè)備工作正常且探頭著流的情況下，觀測(cè)精度可滿足規(guī)范要求，在這種情況下，水位觀測(cè)可采用雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)數(shù)據(jù)。但如果斷面河勢(shì)發(fā)生較大變化，河槽左右擺動(dòng)使雷達(dá)水位計(jì)探頭脫流的情況仍不可避免。因此，對(duì)斷面河床不穩(wěn)定或超過(guò)96.55m水位時(shí)，應(yīng)采用雷達(dá)水位計(jì)和人工水位觀測(cè)相結(jié)合的方法進(jìn)行水位觀測(cè)，人工觀測(cè)主要是在雷達(dá)水位計(jì)脫流或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)，確保該站水位觀測(cè)結(jié)果的完整可靠。

（3）加強(qiáng)水文信息化專業(yè)人才的培養(yǎng)和水文雷達(dá)水位計(jì)維護(hù)隊(duì)伍的建設(shè)，使水文自動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行管理、升級(jí)改造得到維修保障和技術(shù)支撐。陜西水利

（責(zé)任編輯：王劍）

P332.3

A