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鳳州水文站雷達水位計采集水位與人工觀測水位的數據對比分析

日期：2018-11-13 來源：作者：

［摘要］選用鳳州站雷達水位計采集的數據和同期人工觀測水位數據，按水位分幅、分階段分別進行比測分析。結果表明，該站雷達水位計觀測精度符合水位觀測規范的要求，該水位計在各種環境條件下工作狀態穩定、可靠，可以替代人工觀測的水位數據。

嘉陵江發源于寶雞市鳳縣西北東峪溝涼水泉，省內干流全長 243.8 km，其中寶雞市 102 km，流域面積 9930 km 2 ，其中寶雞市 2472.4 km 2 。鳳州水文站位于流域上游，其上主要支流有場房溝、黃牛溝、三岔河、紅花溝。省內流域主要為土石山區和黃土階地區，森林植被覆蓋率低，水土流失嚴重。流域屬暖溫帶山地氣候，年平均氣溫 11.4℃，降雨量主要集中在 7 月～9 月。本站多年平均年降雨量 654 mm，多年平均徑流量 1.481 億m 3 。建站以來實測zui大流量 992 m 3 /s，發生于 1990 年 7 月 6日。調查zui大流量 1640 m 3 /s，發生于 1981 年 8 月 21 日，實測zui大含沙量 65.0 kg/m 3 。本站建有雷達水位計 1 套，警戒流量300 m 3 /s、保證流量為 1000 m 3 /s。

本站通過長期連續地監測流域內基本水文數據，不斷探索流域水流沙特性和規律，為當地防汛抗旱、水資源合理開發利用提供科學、準確的決策依據。本文選用鳳州站雷達水位計采集的數據和同期人工觀測水位數據，按水位分幅、分階段分別進行比測分析。

1 測站概況

鳳州水文站設立于 1984 年 1 月，位于鳳縣龍口鎮龍口村，集水面積 688 km 2 。本站為嘉陵江水系嘉陵江源頭站，屬省級重要水文站。測驗項目有水位、流量、泥沙、降水、蒸發、水質。管轄鳳縣、黃牛埔、河口、唐藏、紅花鋪、小五嶺、南星 7 處雨量站，其中報汛站 6 處。設站目的是收集嘉陵江流域基本水文信息，為下游各級防汛部門及水資源開發利用提供服務。

2 觀測儀器及原理

2.1 觀測儀器

鳳州水文站在基本水尺斷面安裝三暢26 GHz 脈沖型雷達水位計 1 臺，配備接收終端和太陽能供電系統一套。采用GPRS 互為主備的通信方式傳輸水文遙測信息，設備具有“一發四收”功能，將信息分別傳到鳳州水文站、寶雞水情分中心、省水情中心和長江委水文局。此雷達水位計不受渾水、污泥、水生植物等因素的影響，安裝簡便、精度高、壽命長、免維護、測量時間內多次平均，實現消浪功能；安裝于懸臂上，不需要建井，土建費用低，標配支架可方便調平，適合北方地區。

2.2 工作原理及參數

鳳州水文站采用三暢26GHz 脈沖型雷達水位計。其工作原理為：雷達水位計發射脈沖信號，其脈沖信號以光速在空氣中傳播，遇到比測介質表面，其部分能量被反射回來，被同一天線接收；發射脈沖與接收脈沖的時間差與其傳播距離成正比，進而確定傳播距離，可以計算出水位，在保證測驗精度的前提下，實現自動采集、傳輸、存儲。26 GHz 脈沖型雷達水位計主要技術指標見表 1。

3 資料分析

3.1 分析依據

根據《水位觀測標準》（GB/T50138-2010）6.2 自記水位計的比測中第 6.2.1 條規定：新安裝的自記水位計或改變儀器類型時應進行比測。其比測綜合不確定度、系統誤差標準如下：

1）一般水位站，置信水平 95%的綜合不確定度應為 3 cm，系統誤差應為±1 cm。

2）機械鐘、石英鐘的走時日誤差不超過±5 min。根據規范 E.0.6 采用自動監測設備監測水位時，其系統誤差及不確定度應按下列方法估算：

a.系統不確定度

式中：P yi 為自動監測水位；P i 為人工校測水位；N 為校測次數。

b.隨機不確定度

c.綜合不確定度

3.2 資料選用

根據《水位觀測標準》(GB/T50138-2010) 6.2 自記水位計的比測中第 6.2.1 條規定：比測可按水位分幅、分階段分別進行，每階段比測次數應在 30 次以上。

本次比測分析選用 2017 年 6 月、7 月、8 月該站雷達水位計采集的數據和同期人工觀測水位數據。

根據 2016 年 6 月、7 月、8 月同步觀測的水位觀測數據，得出水位對比過程線，見圖 1、圖 2。

4 計算分析與評定

根據水位觀測標準（GB/T 50138-2010）,比測結果應符合置信水平 95%的綜合不確定度應為 3 cm，系統誤差應為±1 cm；波浪問題在本次分析數據均為石英鐘觀測計時，誤差精度均在±0.5 min/日，滿足規范對時差的要求。平水期、洪水期比測結果誤差計算表見表 1、表 2（突出的近海地區水位站，綜合不確定度可放寬至 5 cm）。