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凤州水文站雷达水位计采集水位与人工观测水位的数据对比分析

日期：2018-11-13 来源：作者：

［摘要］选用凤州站雷达水位计采集的数据和同期人工观测水位数据，按水位分幅、分阶段分别进行比测分析。结果表明，该站雷达水位计观测精度符合水位观测规范的要求，该水位计在各种环境条件下工作状态稳定、可靠，可以替代人工观测的水位数据。

嘉陵江发源于宝鸡市凤县西北东峪沟凉水泉，省内干流全长 243.8 km，其中宝鸡市 102 km，流域面积 9930 km 2 ，其中宝鸡市 2472.4 km 2 。凤州水文站位于流域上游，其上主要支流有场房沟、黄牛沟、三岔河、红花沟。省内流域主要为土石山区和黄土阶地区，森林植被覆盖率低，水土流失严重。流域属暖温带山地气候，年平均气温 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，多年平均径流量 1.481 亿m 3 。建站以来实测zui大流量 992 m 3 /s，发生于 1990 年 7 月 6日。调查zui大流量 1640 m 3 /s，发生于 1981 年 8 月 21 日，实测zui大含沙量 65.0 kg/m 3 。本站建有雷达水位计 1 套，警戒流量300 m 3 /s、保证流量为 1000 m 3 /s。

本站通过长期连续地监测流域内基本水文数据，不断探索流域水流沙特性和规律，为当地防汛抗旱、水资源合理开发利用提供科学、准确的决策依据。本文选用凤州站雷达水位计采集的数据和同期人工观测水位数据，按水位分幅、分阶段分别进行比测分析。

1 测站概况

凤州水文站设立于 1984 年 1 月，位于凤县龙口镇龙口村，集水面积 688 km 2 。本站为嘉陵江水系嘉陵江源头站，属省级重要水文站。测验项目有水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水质。管辖凤县、黄牛埔、河口、唐藏、红花铺、小五岭、南星 7 处雨量站，其中报汛站 6 处。设站目的是收集嘉陵江流域基本水文信息，为下游各级防汛部门及水资源开发利用提供服务。

2 观测仪器及原理

2.1 观测仪器

凤州水文站在基本水尺断面安装三畅26 GHz 脉冲型雷达水位计 1 台，配备接收终端和太阳能供电系统一套。采用GPRS 互为主备的通信方式传输水文遥测信息，设备具有“一发四收”功能，将信息分别传到凤州水文站、宝鸡水情分中心、省水情中心和长江委水文局。此雷达水位计不受浑水、污泥、水生植物等因素的影响，安装简便、精度高、寿命长、免维护、测量时间内多次平均，实现消浪功能；安装于悬臂上，不需要建井，土建费用低，标配支架可方便调平，适合北方地区。

2.2 工作原理及参数

凤州水文站采用三畅26GHz 脉冲型雷达水位计。其工作原理为：雷达水位计发射脉冲信号，其脉冲信号以光速在空气中传播，遇到比测介质表面，其部分能量被反射回来，被同一天线接收；发射脉冲与接收脉冲的时间差与其传播距离成正比，进而确定传播距离，可以计算出水位，在保证测验精度的前提下，实现自动采集、传输、存储。26 GHz 脉冲型雷达水位计主要技术指标见表 1。

3 资料分析

3.1 分析依据

根据《水位观测标准》（GB/T50138-2010）6.2 自记水位计的比测中第 6.2.1 条规定：新安装的自记水位计或改变仪器类型时应进行比测。其比测综合不确定度、系统误差标准如下：

1）一般水位站，置信水平 95%的综合不确定度应为 3 cm，系统误差应为±1 cm。

2）机械钟、石英钟的走时日误差不超过±5 min。根据规范 E.0.6 采用自动监测设备监测水位时，其系统误差及不确定度应按下列方法估算：

a.系统不确定度

式中：P yi 为自动监测水位；P i 为人工校测水位；N 为校测次数。

b.随机不确定度

c.综合不确定度

3.2 资料选用

根据《水位观测标准》(GB/T50138-2010) 6.2 自记水位计的比测中第 6.2.1 条规定：比测可按水位分幅、分阶段分别进行，每阶段比测次数应在 30 次以上。

本次比测分析选用 2017 年 6 月、7 月、8 月该站雷达水位计采集的数据和同期人工观测水位数据。

根据 2016 年 6 月、7 月、8 月同步观测的水位观测数据，得出水位对比过程线，见图 1、图 2。

4 计算分析与评定

根据水位观测标准（GB/T 50138-2010）,比测结果应符合置信水平 95%的综合不确定度应为 3 cm，系统误差应为±1 cm；波浪问题在本次分析数据均为石英钟观测计时，误差精度均在±0.5 min/日，满足规范对时差的要求。平水期、洪水期比测结果误差计算表见表 1、表 2（突出的近海地区水位站，综合不确定度可放宽至 5 cm）。