黑尼亞孜水文站雷達水位計與人工觀測水位比測分析

陳 波

（新疆阿克蘇水文勘測局，新疆 阿克蘇 843000）

1 測站概況

黑尼亞孜水文站始建于2012年7月，是葉爾羌河水量控制站，國家基本水文站，距葉爾羌河、和田河、塔里木河三河交會處約43 km。位于新疆阿瓦提縣豐收三場亞蘇克林管站林區內。

黑尼亞孜水文站監測項目有水位、流量、水質，河長約48.50 km，多年平均徑流量16.45×108m3，來水主要集中在8-10月，洪水主要以冰川融雪為主。水位漲落平緩，關系呈單一線。左岸為鉛絲石籠護坡，右岸為天然護坡。河寬約70 m，河床為細沙質，斷面穩定、水流集中。斷面處設有一座混凝土基鋼架橋，橋面起點距15 m 處橋墩上設直立式水尺。橋頭安置有YMWG30A 型非接觸式雷達水位計，由懸臂式支架固定，距離河床3 m高，直立式水尺與自計水位計處在斷面同一位置。

2 人工水位觀測方式及數據收集

人工觀測水位主要依靠設立的直立式水尺通過遠程視頻監控系統進行觀測，觀測人員每隔4 小時觀測一次水尺讀數，多次觀測平均值，計算相應水位并做好記錄，同步摘錄自計水位。

3 比測目的及依據

為進一步提高水文測驗自動化水平和測驗精度，降低測驗人員工作強度，雷達水位計正在被大量推廣使用，YMWG30A型雷達水位計及數據采集、傳輸為一體，信息集成度較高。但是在運行過程中難免會不同程度地受到外界環境因素影響，出現故障和誤差。為保證水位觀測數據的準確完整，根據《水位觀測規范》E.4.10.2 對新安裝的雷達自記水位計與人工觀測水位進行比測，通過比測分析，在結果合格后，方可正式啟用。

4 比測資料選取

根據《水位觀測規范》6.2.2規定，該站2022年8-10月水位變幅1 043.07～1 044.58 m，變幅達1.51 m，比測分為3 個測段進行，每個測段比測次數不低于30 次，共比測收集水位數據535組，通過數據分析，在比測合格的水位變幅內，自計水位計可以使用比測資料作為正式資料。

5 比測資料相關性分析

以同一時刻YMWG30A型雷達水位計觀測水位為縱坐標，以人工觀測水位為橫坐標，分別在低水、中水、高水建立二者相關性，如圖1～圖3所示。

圖1 黑尼亞孜水文站低水雷達水位與人工水位相關性圖

圖2 黑尼亞孜水文站中水雷達水位與人工水位相關性圖

圖3 黑尼亞孜水文站高水雷達水位與人工水位相關性圖

由圖可知其相關系數分別為0.999 7、0.998 8、0.998 4，因彼此相關度很高，所以認定為同一系列。

6 誤差分析

測驗斷面處在胡楊林林區內，氣候較為干燥，常年降雨較少，風沙較大，在主汛期，河道來水期間，水流在行進過程中沿途裹挾樹枝、樹杈、樹樁、水草等漂浮物纏繞水尺，影響人工觀測準確度。

有鑒于此，要加強視頻巡查和巡測力度，及時發現并清除纏繞在水尺上的雜草、雜物，確保水尺刻度易于觀讀。

①系統不確定度應按式（1）計算：

式中：Pyi—自動監測水位Pi—人工校測水位N—校測次數。

根據黑尼亞孜水文站2022 年高水位143 次、中水位194次、低水位198次，共計535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》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表1。

表1 不確定度計算結果統計表

經計算黑尼亞孜水文站雷達水位計比測數據低水至高水系統不確定度為0.00 ～0.01 cm；隨機不確定度為0.60 ～0.80 cm；綜合不確定度為0.60 ～0.80 cm 系統誤差1 cm，符合規范規定的關于置信水平95%的綜合不確定度為3 cm，系統誤差應為士1 cm的要求。

雷達水位計在遇大風天氣時，會有輕微晃動，加之本身存在的誤差，個別時間，觀測人員在使用雷達水位計時要保證太陽能電池板供電正常，在出現數據中斷等情況下要及時反應并維護，清潔太陽能電池板或者更換太陽能電池板。

YMWG30A型雷達水位計設計科學、布局合理，配有支架，安裝拆修較為方便。通過對該站2022 年8-10 月份，198 個低水、194 個中水、143 個高水水位數據比較分析發現，三者系統誤差均在規范允許范圍內，可采用自計水位計數據，替代人工觀測數據，參與資料整編。

從比測結果分析來看，雷達水位計在正常工況下，觀測精度符合規范要求，可采用自計觀測代替人工觀測。做好自計維護，在雷達水位計脫流，或者因環境因素影響，遇到持續性高溫、低溫、沙塵暴、暴雨等惡劣天氣，造成雷達水位計接線松動、靜電、短路、信號中斷等情況時，第一時間恢復人工觀測，確保水文數據的完整可靠，并及時修復排除故障。

黑尼亞孜站地處偏遠、位于胡楊林保護區內靠近沙漠，信號不穩定，鑒于此情形，需要增設增益天線，加強信號質量，便于更好傳輸數據。硬件設施信息化的提升和普及，需要有相應的人才作為支撐，建立一支專業的運維團隊至關重要，能有效提高自計觀測儀器的工作效率，最大限度地發揮其效能。