石牡麗，李培俠，王建宏

（陜西省寶雞水文水資源勘測局，陜西 寶雞 721006）

嘉陵江發(fā)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 km2，其中寶雞市2472.4 km2。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(qū)和黃土階地區(qū)，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m3。建站以來實測最大流量992 m3/s，發(fā)生于1990年7月6日。調查最大流量1640 m3/s，發(fā)生于1981年8月21日，實測最大含沙量65.0 kg/m3。本站建有雷達水位計1套，警戒流量300 m3/s、保證流量為1000 m3/s。本站通過長期連續(xù)地監(jiān)測流域內基本水文數(shù)據，不斷探索流域水流沙特性和規(guī)律，為當?shù)胤姥纯购?、水資源合理開發(fā)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(shù)據和同期人工觀測水位數(shù)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(zhèn)龍口村，集水面積688 km2。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(fā)、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(fā)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(qū)。

2.2 工作原理及參數(shù)

鳳州水文站采用26GHz脈沖型雷達水位計。其工作原理為：雷達水位計發(fā)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(fā)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(xiàn)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。

表1 26GHz脈沖型雷達水位計主要技術指標

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(guī)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(tǒng)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(tǒng)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(guī)范E.0.6采用自動監(jiān)測設備監(jiān)測水位時，其系統(tǒng)誤差及不確定度應按下列方法估算：

a.系統(tǒng)不確定度

式中：Pyi為自動監(jiān)測水位；Pi為人工校測水位；N為校測次數(shù)。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(guī)定：比測可按水位分幅、分階段分別進行，每階段比測次數(shù)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(shù)據和同期人工觀測水位數(shù)據。

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

圖1 鳳州水文站平水期人工與自記水位過程對比圖

圖2 鳳州水文站洪水期人工與自記水位過程對比圖

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(tǒng)誤差應為±1 cm；波浪問題在本次分析數(shù)據均為石英鐘觀測計時，誤差精度均在±0.5 min/日，滿足規(guī)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(qū)水位站，綜合不確定度可放寬至5 cm）。

表1 平水期比測結果誤差計算表

表2 洪水期比測結果誤差計算表

5 結論

結果表明：平水期綜合不確定度0.0082 cm、系統(tǒng)誤差-0.293 cm；洪水期綜合不確定度0.07 cm、系統(tǒng)誤差-0.11 cm符合置信水平95%的隨機不確定度3 cm的要求，系統(tǒng)誤差符合±1cm的限差要求。

從雷達水位計記錄資料和人工觀測水位數(shù)據的比測分析結果可以看出，該站雷達水位計觀測精度符合水位觀測規(guī)范的要求，該水位計在各種環(huán)境條件下工作狀態(tài)穩(wěn)定、可靠，可以替代人工觀測的水位數(shù)據。在以后的工作中要加強對水位計的保養(yǎng)和維護，使之在水文現(xiàn)代化進程中發(fā)揮更大的作用。