安頭水文站雷達水位計比測分析

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

安頭水文站雷達水位計比測分析

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）

本文通過對安頭水文站雷達水位計與人工水位觀測對比數據分析，驗證了雷達水位計觀測精度完全能滿足該站水位觀測的要求，為今后安頭水文站實行水文自動化測報奠定了基礎。

安頭；水文站；雷達水位計；對比分析

1　概況

1.1流域概況

漆水河發源于麟游縣招賢鎮西北的寧里溝，流經麟游縣、扶風、乾縣、永壽、楊陵區、武功縣，于武功縣大莊鄉南節村注入渭河，干流河長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，河谷窄深，植被良好；中游為黃土塬區，谷坡破碎陡立，植被較差。流域氣候屬暖溫帶大陸性半濕潤季風性氣候，冬季寒冷干燥，夏季炎熱，降水集中，降水強度大。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。建站以來實測最大流量511m3/s，發生于2007年8月9日。實測最大含沙量548kg/m3，發生于1974年7月25日。

1.2測站概況

安頭水文站設立于1971年1月，位于陜西省咸陽市永壽縣店頭鎮安頭村，地處東經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入庫控制站，屬省級重要站。測驗項目有水位、流量、泥沙、降水、蒸發、水質。管轄杏林、崔木、野河、馮家村、上官村、閣頭寺、常豐、招賢、良舍9處國家基本雨量站，其中漆水河流域內報汛雨量站6處。設站目的是收集渭河北岸漆水河流域基本水文信息，為羊毛灣水庫調度及水資源開發利用提供服務。

本站通過長期連續地監測水文數據，不斷探索漆水河羊毛灣水庫以上的水流沙特性和規律，為渭河北岸地區防汛抗旱、水資源合理開發利用提供科學、準確的決策依據。

2　比測目的

隨著水文現代化建設步伐的加快，水位自動化觀測勢在必行。為了提高水文測驗科技含量和自動化水平，減輕野外測驗人員的工作強度，保證測驗精度，適應現代社會對水文測驗的要求故對本站配備一臺SEBAPLUS35型雷達水位計。通過比測分析為安頭水文站雷達水位計的應用提供依據，使雷達水位計成為安頭水文站水位觀測的主要設備，減輕水文職工的勞動強度，縮短測報歷時，實現水文觀測的自動化、數字化、提高工作效率，同時雷達水位計可以減少由于觀測經驗的差異而帶來的水位觀測誤差和偶然原因而出現的差錯，提高水位觀測資料的精度及可靠性。

3　儀器設備

安頭水文站安裝的是德國產SEBAPLUS35型雷達水位計，雷達波不受溫度、濕度、氣壓、風雪雨沙等惡劣天氣和環境因素的影響，性能相當穩定，雷達水位計在其工作范圍內具有級高的精度，且不需要建測井，安裝方便。

雷達水位計的工作原理：是從雷達水位傳感天線發射雷達脈沖，天線接收從水面反射回來的脈沖，并記錄時間T，依據電磁波的傳播速度C（常數），計算探頭到水面的距離，再根據探頭安裝高程與探頭到水面的距離確定水位。為保證測流精度，雷達水位計進行聲速溫度修正，以保證測流精度達到規范要求。

該站雷達水位計安裝在左岸起點距28m處，支架采用直徑600mm鋼管，內灌注混凝土，儀器安裝高度6.5m，橫臂采用直徑30mm，長度為3.0m可伸縮的鍍鋅鋼管，安裝有儀器檢修平臺。水位計自安裝運行到現在沒有出現故障，在汛期、冬季均運行正常。

表1　雷達水位計主要技術指標

4　資料的選取及分析依據

4.1資料的選取

為確保分析成果的科學性和合理性，我站選用雷達探頭著流情況較好，人工觀測記載和雷達水位觀測一一對應的數據進行對比分析，本次對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月人工水位觀測與雷達水位計水位觀測對比數據進行分析。資料嚴格按照《水位觀測標準》和測驗任務書的要求來觀測水位，每日2時、8時、14時、20時必須進行定點觀測，漲水、退水過程中增加觀測次數，因此資料來源真實可靠且安頭站有資料記載，資料樣本共計194次同步觀測測量數據，滿足數據分析要求。［3］

4.2分析依據

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3cm，系統誤差應為±1cm；波浪問題突出的近海地區水位站，綜合不確定度可放寬至5cm。［1］按以下公式計算系統不確定度、隨機不確定度、綜合不確定度按以下公式計算：

（1）系統不確定度：

式中：Pyi——自動監測水位；

Pi——人工校測水位；

N——校測次數。

（2）隨機不確定度：

表2　安頭水文站水位比測分析結果

（3）綜合不確定度：

5　比測分析及誤差評定

依據安頭水文站2015年5月份水位64次、7月水位35次、8月水位95次，共計194次人工水位觀測數據與雷達水位計水位觀測對比數據，按水位觀測標準（GB/T 50138-2010）中的相關公式計算系統不確定度、隨機不確定度、綜合不確定度，其計算結果見下表：［1、2、3］

從表中可以看出雷達水位計比測結果5月、7月、8月綜合不確定度分別為2.8cm、-0.09cm、2.22cm；系統誤差5月、7月、8月分別為0.08cm、 2.26cm、0.48cm，符合置信水平95%的隨機不確定度3cm，系統誤差±1cm的水位觀測標準要求。

6　結論與建議

（1）SEBPAULS35型雷達水位計結構緊湊，封閉嚴密，利于裝卸維護，觀測傳輸快捷、精度高，通過對安頭水文站5月、7月、8月其水位在95.27m～96.55m之間時，水位比側綜合不確定度分析分別為2.8cm、-0. 09cm、2.22cm；系統誤差5月、7月、8月分別為0.08cm、2.26cm、0.48cm，符合規范要求的置信水平95%的隨機不確定度3cm，系統誤差±1cm的水位觀測標準要求。說明安頭水文站使用雷達水位計代替人工觀測的水位數據在95.27m～96.55m范圍內是可行的。

（2）從本次對比分析觀測看，雷達水位計是一種新型的儀器設備，雷達水位計在設備工作正常且探頭著流的情況下，觀測精度可滿足規范要求，在這種情況下，水位觀測可采用雷達水位計觀測數據。但如果斷面河勢發生較大變化，河槽左右擺動使雷達水位計探頭脫流的情況仍不可避免。因此，對斷面河床不穩定或超過96.55m水位時，應采用雷達水位計和人工水位觀測相結合的方法進行水位觀測，人工觀測主要是在雷達水位計脫流或設備出現故障時進行補測，確保該站水位觀測結果的完整可靠。

（3）加強水文信息化專業人才的培養和水文雷達水位計維護隊伍的建設，使水文自動系統的運行管理、升級改造得到維修保障和技術支撐。陜西水利

（責任編輯：王劍）

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