陜西省武關水文站自動水位對比分析

賀新渭

（陜西省商洛水文水資源勘測局，陜西 商洛 726000）

1 概況

武關水文站位于丹鳳縣武關鎮，1959 年1 月由陜西省水文總站設立，屬國家基本水文站。本站主要收集丹江支流域武關河各項水文特征值，掌握該流域降水徑流變化規律，分析代表流域內產流、匯流規律所需要的系列樣本資料，同時為防汛部門及下游地區提供實時的水文信息，為防汛減災、水利工程規劃、設計和施工、科學研究等提供基本數據，為丹江流域綜合治理、開發利用水力資源、水資源規劃管理提供基本數據。

武關河流域左右岸對稱，水系呈羽毛狀，武關水文站斷面控制面積724 km2。水文站斷面右岸為山坡，G312 國道由半山通過；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，大水時有塊石，沖淤變化小。

武關水文站自動水位自2012 年建設，2013 年投入使用至今。自動站的水位塔與水文站基本水尺斷面重合，自動站的水位塔在河流的右岸，人工觀測的基本水尺在河流的左岸,斷面寬較小，通過實際觀測比較，左右岸橫比降很小，可以忽略不計。

2 對比資料的“三性”分析

選取武關水位自動站2018 年7 月1 日至8 月15 日20 時的人工（4 段制）和自動（遙測平臺）同時刻的監測水位過程數據進行對比分析。

2.1 資料的可靠性

本次所選的人工資料均由水文勘測專業工作者親自觀測，因此人工數據是可靠的。自動資料均由雷達水位計實時觀測得到，自動水位計探頭在斷面93 m 處，當水位高于97.24 m 時，自動和人工監測數據基本吻合，低于97.24 m 時，出現兩岸水流分流，水位產生不一致的現象，對不一致的自動數據進行常量訂正；對于自動站冒大值的數據進行舍去處理。

2.2 資料的一致性

人工觀測水位和自動監測水位均在同一個斷面上，雖然不在同一岸邊,但是受橫比降的影響小,且河道上下游無其他因素影響，為同時同步觀測，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 時自動和人工的水位數據對比分析，這段數據具有較完整的洪水變化過程，其他時間的水位變幅度較小，而且多數為平水期，對分析資料質量的意義作用不大；所選的這段時期水位變幅在96.92 m～97.30 m之間，具備低、中、高水位級的代表性，而且數據樣本系列188組次，滿足規范比測次數應在30 次以上的要求。

3 結果分析

3.1 原始的自動水位數據和人工觀測數據情況

人工觀測水位與原始自動水位過程趨勢基本一致，見圖1，但數據在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 日不同時期有系統偏差現象，其中最大偏差0.14 m，最小偏差0.02 m，具體偏差見表1。

圖1 武關水文站人工水位與原始自動水位過程對比圖

表1 武關站一定時期內人工校測與自動監測水位系統偏差表

3.2 誤差消除

偶然誤差是不可避免，系統誤差是可以避免，故對自動站原始數據進行系統誤差修正，修正公式為：自動站修正后的數據=自動監測站原始數據±系統偏差。

3.3 誤差處理后情況

自動站原始數據修正后的過程數據與人工觀測過程數據對比吻合程度良好，見圖2。

圖2 武關站人工校測水位與修正后的自動水位過程對比圖

3.4 自動站水位數據修正后不確定度的計算

據水位觀測標準,水位觀測的不確定度應以絕對值衡量,并按正太分布,置信水平應取95%。采用自動監測設備監測水位時，其不確定度應按下列公式估算。

式中：P'y為修正后的自動監測水位；Pi為人工觀測水位；N 為校測次數。

經計算，系統不確定度X"y=1 cm，隨機不確定度X'y=2 cm；綜合不確定度Xz=3 cm。根據水位觀測標準規定與水文自動測報系統技術規范可知，修正后的自動站水位不確定度未超出允許限差，故武關自動水位站自動水位可以代替人工水位。

4 結論及建議

4.1 結論

通過對比分析武關水文站自動水位及人工水位數據資料可知，武關站雷達水位計，觀測精度滿足規范要求，在水位計正常運行情況下，經修正可代替人工觀測，達到項目建設的目的。

4.2 建議

1）對自動水位站的設備及時維護確保正常運行；

2）平時加強自動水位站水位校測工作，以消除自動水位站系統誤差，當校測水位與自動站水位系統偏差超出±2 cm 范圍時，應經確認后重新設置水位站的初始值；

3）定期對自動水位站的RTU 時間校核，確保時間準確性；

4）對自動站出現的奇異值要及時處理。