陜西省武關(guān)水文站自動(dòng)水位對(duì)比分析

賀新渭

（陜西省商洛水文水資源勘測(cè)局，陜西 商洛 726000）

1 概況

武關(guān)水文站位于丹鳳縣武關(guān)鎮(zhèn)，1959 年1 月由陜西省水文總站設(shè)立，屬國(guó)家基本水文站。本站主要收集丹江支流域武關(guān)河各項(xiàng)水文特征值，掌握該流域降水徑流變化規(guī)律，分析代表流域內(nèi)產(chǎn)流、匯流規(guī)律所需要的系列樣本資料，同時(shí)為防汛部門及下游地區(qū)提供實(shí)時(shí)的水文信息，為防汛減災(zāi)、水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工、科學(xué)研究等提供基本數(shù)據(jù)，為丹江流域綜合治理、開(kāi)發(fā)利用水力資源、水資源規(guī)劃管理提供基本數(shù)據(jù)。

武關(guān)河流域左右岸對(duì)稱，水系呈羽毛狀，武關(guān)水文站斷面控制面積724 km2。水文站斷面右岸為山坡，G312 國(guó)道由半山通過(guò)；左岸為漫坡耕地，斷面寬約95 m 左右。河床由砂、礫石、卵石組成，大水時(shí)有塊石，沖淤變化小。

武關(guān)水文站自動(dòng)水位自2012 年建設(shè)，2013 年投入使用至今。自動(dòng)站的水位塔與水文站基本水尺斷面重合，自動(dòng)站的水位塔在河流的右岸，人工觀測(cè)的基本水尺在河流的左岸,斷面寬較小，通過(guò)實(shí)際觀測(cè)比較，左右岸橫比降很小，可以忽略不計(jì)。

2 對(duì)比資料的“三性”分析

選取武關(guān)水位自動(dòng)站2018 年7 月1 日至8 月15 日20 時(shí)的人工（4 段制）和自動(dòng)（遙測(cè)平臺(tái)）同時(shí)刻的監(jiān)測(cè)水位過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 資料的可靠性

本次所選的人工資料均由水文勘測(cè)專業(yè)工作者親自觀測(cè)，因此人工數(shù)據(jù)是可靠的。自動(dòng)資料均由雷達(dá)水位計(jì)實(shí)時(shí)觀測(cè)得到，自動(dòng)水位計(jì)探頭在斷面93 m 處，當(dāng)水位高于97.24 m 時(shí)，自動(dòng)和人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合，低于97.24 m 時(shí)，出現(xiàn)兩岸水流分流，水位產(chǎn)生不一致的現(xiàn)象，對(duì)不一致的自動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行常量訂正；對(duì)于自動(dòng)站冒大值的數(shù)據(jù)進(jìn)行舍去處理。

2.2 資料的一致性

人工觀測(cè)水位和自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位均在同一個(gè)斷面上，雖然不在同一岸邊,但是受橫比降的影響小,且河道上下游無(wú)其他因素影響，為同時(shí)同步觀測(cè)，因此資料具有可比性和一致性。

2.3 資料的代表性

選取2018 年7 月1 日至8 月15 日20 時(shí)自動(dòng)和人工的水位數(shù)據(jù)對(duì)比分析，這段數(shù)據(jù)具有較完整的洪水變化過(guò)程，其他時(shí)間的水位變幅度較小，而且多數(shù)為平水期，對(duì)分析資料質(zhì)量的意義作用不大；所選的這段時(shí)期水位變幅在96.92 m～97.30 m之間，具備低、中、高水位級(jí)的代表性，而且數(shù)據(jù)樣本系列188組次，滿足規(guī)范比測(cè)次數(shù)應(yīng)在30 次以上的要求。

3 結(jié)果分析

3.1 原始的自動(dòng)水位數(shù)據(jù)和人工觀測(cè)數(shù)據(jù)情況

人工觀測(cè)水位與原始自動(dòng)水位過(guò)程趨勢(shì)基本一致，見(jiàn)圖1，但數(shù)據(jù)在7 月1 日～7 月5 日、7 月6 日～7 月7 日、7 月14 日～7 月26 日、8 月3 日～8 月5 日、8 月10 日～8 月15 日不同時(shí)期有系統(tǒng)偏差現(xiàn)象，其中最大偏差0.14 m，最小偏差0.02 m，具體偏差見(jiàn)表1。

圖1 武關(guān)水文站人工水位與原始自動(dòng)水位過(guò)程對(duì)比圖

表1 武關(guān)站一定時(shí)期內(nèi)人工校測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位系統(tǒng)偏差表

3.2 誤差消除

偶然誤差是不可避免，系統(tǒng)誤差是可以避免，故對(duì)自動(dòng)站原始數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)誤差修正，修正公式為：自動(dòng)站修正后的數(shù)據(jù)=自動(dòng)監(jiān)測(cè)站原始數(shù)據(jù)±系統(tǒng)偏差。

3.3 誤差處理后情況

自動(dòng)站原始數(shù)據(jù)修正后的過(guò)程數(shù)據(jù)與人工觀測(cè)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)比吻合程度良好，見(jiàn)圖2。

圖2 武關(guān)站人工校測(cè)水位與修正后的自動(dòng)水位過(guò)程對(duì)比圖

3.4 自動(dòng)站水位數(shù)據(jù)修正后不確定度的計(jì)算

據(jù)水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn),水位觀測(cè)的不確定度應(yīng)以絕對(duì)值衡量,并按正太分布,置信水平應(yīng)取95%。采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)水位時(shí)，其不確定度應(yīng)按下列公式估算。

式中：P'y為修正后的自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位；Pi為人工觀測(cè)水位；N 為校測(cè)次數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，系統(tǒng)不確定度X"y=1 cm，隨機(jī)不確定度X'y=2 cm；綜合不確定度Xz=3 cm。根據(jù)水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范可知，修正后的自動(dòng)站水位不確定度未超出允許限差，故武關(guān)自動(dòng)水位站自動(dòng)水位可以代替人工水位。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)比分析武關(guān)水文站自動(dòng)水位及人工水位數(shù)據(jù)資料可知，武關(guān)站雷達(dá)水位計(jì)，觀測(cè)精度滿足規(guī)范要求，在水位計(jì)正常運(yùn)行情況下，經(jīng)修正可代替人工觀測(cè)，達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)的目的。

4.2 建議

1）對(duì)自動(dòng)水位站的設(shè)備及時(shí)維護(hù)確保正常運(yùn)行；

2）平時(shí)加強(qiáng)自動(dòng)水位站水位校測(cè)工作，以消除自動(dòng)水位站系統(tǒng)誤差，當(dāng)校測(cè)水位與自動(dòng)站水位系統(tǒng)偏差超出±2 cm 范圍時(shí)，應(yīng)經(jīng)確認(rèn)后重新設(shè)置水位站的初始值；

3）定期對(duì)自動(dòng)水位站的RTU 時(shí)間校核，確保時(shí)間準(zhǔn)確性；

4）對(duì)自動(dòng)站出現(xiàn)的奇異值要及時(shí)處理。