廖 莎

（陜西省水文水資源勘測局,陜西 西安 710068）

0 引言

狀頭（四）站位于蒲城縣永豐鎮(zhèn)蔡村洛河橋邊，東經(jīng) 109°50'，北緯 35°00'，流域面積 25 645 km2，距河口里程130 km。1933年設(shè)立，狀頭（四）站為北洛河下游控制站，國家重要水文站。主要任務(wù)是收集北洛河下游段水文特征，掌握北洛河水量、水質(zhì)、沙量變化規(guī)律。為開發(fā)利用北洛河水利資源提供科學(xué)依據(jù)，為北洛河下游及三門峽庫區(qū)防汛提供雨水情報(bào)、預(yù)報(bào)，為洛惠渠灌溉管理計(jì)劃用水服務(wù)。

1 水文特性

狀頭（四）站距河口里程130 km。多年平均降雨量為555 mm，森林覆蓋率25.3%，屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.3 ℃。

狀頭（四）站調(diào)查最大洪峰流量10 700 m3/s（1855-7-29），實(shí)測最高洪水位 377.15 m（1994-9-1，人工觀測），最大洪峰流量6 280 m3/s（1994-9-1水位推求，也是建站以來最大流量），實(shí)測最大流量 6 140 m3/s（1994-9-1，相應(yīng)水位 377.12 m，浮標(biāo)），實(shí)測最大含沙量1 190 kg/m3（1950-8-31，相應(yīng)流量 365 m3/s，積點(diǎn)法），多年平均徑流量 8.32×108m3，多年輸沙量9 380×104t，多年平均降水量478 mm，多年平均蒸發(fā)量1 643 mm。

2 測驗(yàn)河段概況

該站測驗(yàn)河段比較順直，下游約210 m處有一“C”形彎道，左岸上游340 m處有大浴河匯入。卵石、沙質(zhì)河床，左岸為沙土臺階，右岸為河卵石組成陡坡，河床沖淤變化較大，斷面控制差?；舅邤嗝嫔嫌?00 m處有西禹大橋兩座（一座舊橋，已廢棄；一座為新橋，正在使用）、中高水有阻水現(xiàn)象。洪水主要來源于交口河站以上干流，洪峰多為單式峰，峰形尖瘦。水位-流量關(guān)系多呈繩套曲線。中、低水中泓位置在起點(diǎn)距125 m左右，高水在105 m左右。中、低水受上游大峪河匯入產(chǎn)生異流影響，流速橫向分布偏左岸；受縱斷面凹形影響，流速縱向不穩(wěn)定。

測驗(yàn)斷面設(shè)有上、中、下3個(gè)測驗(yàn)斷面，基本水尺斷面兼浮標(biāo)中斷面及流速儀測流斷面，上、下浮標(biāo)斷面間距180 m，上浮標(biāo)斷面兼上比降斷面，下比降斷面距基本斷面110 m，基本斷面架設(shè)有開口式吊箱鉛魚纜道，用于高、中、低水流量、泥沙的測驗(yàn)，基本尺斷面上游100 m處公路大橋用于特殊水情時(shí)浮標(biāo)法測流。

距基本水尺斷面起點(diǎn)105 m處建雷達(dá)水位塔1座，安裝有雷達(dá)波水位計(jì)1套，是本次使用的自記水位計(jì)。

3 儀器設(shè)備

3.1 自記水位計(jì)設(shè)備

狀頭水文站雷達(dá)水位監(jiān)測系統(tǒng)主要由雷達(dá)水位計(jì)探頭，水位遙測終端，安裝支架，供電系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)及配件組成。雷達(dá)水位計(jì)其水位是儀器測得的雷達(dá)波往返于傳感器到水面之間的時(shí)間，乘以光速得到距離，再用傳感器安裝高程減去其所測至水面的距離即得水位。水位計(jì)安裝經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員測試，安裝穩(wěn)固，滿足測驗(yàn)技術(shù)要求。

3.2 人工觀測水位設(shè)備

人工水位觀測，主要是利用該站設(shè)立的直立式水尺觀測水位。觀測人員直接在水尺上讀取水尺讀數(shù)計(jì)算水位，在水位記錄表中填記數(shù)據(jù)。人工觀測水位的時(shí)間及觀測次數(shù)主要是依據(jù)《測驗(yàn)任務(wù)書》及《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行，以完全滿足掌握水位變化過程為原則。觀測時(shí)間采用石英鐘觀測計(jì)時(shí)，誤差精度在±0.5 min/日內(nèi)，完全滿足規(guī)范對時(shí)差的要求，分析中不再考慮比測的時(shí)間誤差。

4 比測分析緣由及資料選用

4.1 水位比測分析的緣由

由于自記水位計(jì)與人工觀測水位的設(shè)施設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中觀測方法及外界環(huán)境因素復(fù)雜多變，都可能給水位觀測帶來一定的誤差。對比分析正是為了消除水尺零點(diǎn)高程測量的不確定系統(tǒng)誤差、水尺刻畫的不確定系統(tǒng)誤差、水尺觀讀的隨機(jī)誤差以及雷達(dá)水位計(jì)安裝的不穩(wěn)定性、零點(diǎn)高程及有關(guān)參數(shù)設(shè)置后外界因素隨后的變化影響，水位測量值的不確定性。因此，為了消除自記水位計(jì)與人工觀測數(shù)據(jù)之間的誤差，為采用自動監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測水位奠定基礎(chǔ)。需通過分析自動監(jiān)測水位的系統(tǒng)不確定度及隨機(jī)不確定度來確定自記水位設(shè)備的合格性。

4.2 水位比測分析的資料選用

2019年該站從8～9月實(shí)行的人工與自記同步比測觀測工作，從全年資料運(yùn)行來看，自記水位計(jì)記錄運(yùn)行基本正常。為滿足資料分析及水位觀測標(biāo)準(zhǔn)要求，本次分析分別從全年資料中選用了具有代表性的8、9月份水位對比觀測資料，進(jìn)行人工基本水尺水位觀測數(shù)據(jù)與雷達(dá)水位計(jì)水位觀測數(shù)據(jù)對比分析。

5 水位比測分析的依據(jù)

（1）依據(jù) GB/T 50138-2010《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》，比測結(jié)果需符合置信水平95%的綜合不確定度應(yīng)為3 cm，系統(tǒng)誤差應(yīng)為±1 cm。

（2）依據(jù)SL 61-1015《水文自動測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.2.4條b）水位計(jì)及本站安裝的水位計(jì)精度參數(shù)：水位監(jiān)測傳感器分辨率為0.1 cm或1.0 cm的水位計(jì)，水位變幅大于10 m時(shí)，量程95%的測點(diǎn)允許誤差不大于全量程的±0.3%。選用的水位計(jì)準(zhǔn)確度、靈敏度、回差、重復(fù)性誤差應(yīng)滿足GB/T 27993-2011的要求。水位計(jì)測量準(zhǔn)確度符合水位計(jì)準(zhǔn)確度等級允許誤差的規(guī)定（95%置信度）。則認(rèn)為自記水位計(jì)符合該規(guī)范要求，該水位計(jì)試用合格。

（3）依據(jù)SL 61-1015《水文自動測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.2.5條之規(guī)定，水位計(jì)的系統(tǒng)可靠性和設(shè)備可靠性也必須滿足：

1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集的月平均暢通率應(yīng)達(dá)到98%以上，數(shù)據(jù)處理作業(yè)的完成率應(yīng)大于95%，數(shù)據(jù)存儲的差錯(cuò)率不高于0.01%；

2）系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的暢通率宜達(dá)到99%以上。

6 評定方法

根據(jù)規(guī)范E.0.6采用自動監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測水位時(shí)，其不確定度應(yīng)按下列方法估算：

6.1 系統(tǒng)不確定度

式中Pyi—自記監(jiān)測水位；Pi—人工校測水位；N—校測次數(shù)。

結(jié)果為2%。

6.2 隨機(jī)不確定度

結(jié)果為8.3%。

6.3 綜合不確定度

結(jié)果為8.5 cm。

7 分析評定

（1）依據(jù)GB/T 50138-2010《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》通過比測計(jì)算分析，比測結(jié)果置信水平95%的綜合不確定度為8.5 cm＞5 cm，系統(tǒng)誤差為-2.0 cm＞±1 cm。

（2）依據(jù)《水文自動測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.2.4條b）本站水位計(jì)及本站安裝的水位計(jì)水位監(jiān)測傳感器分辨率為1.0 cm，水位變幅13 m時(shí)，量程98.6%的測點(diǎn)允許誤差大于全量程的±0.3%。不滿足95%的測點(diǎn)允許誤差不大于全量程±0.3%的要求。通過數(shù)據(jù)比對計(jì)算，認(rèn)為自記水位計(jì)不符合規(guī)范該項(xiàng)要求，認(rèn)為該水位計(jì)需繼續(xù)進(jìn)行比測。

（3）依據(jù)SL 61-1015《水文自動測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第5.3.2.5條之規(guī)定，水位計(jì)的系統(tǒng)可靠性和設(shè)備可靠性滿足以下要求：

1）系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集的月平均暢通率達(dá)到了99%以上，數(shù)據(jù)處理作業(yè)的完成率達(dá)到98.4%，數(shù)據(jù)存儲的差錯(cuò)率小于0.01%；

2）系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的暢通率達(dá)到99.5%以上。

從比測結(jié)果可以看出，自記水位計(jì)的觀測數(shù)值和人工觀測數(shù)值均符合水位觀測規(guī)范要求，綜合不確定度的最大值為8.5 cm＞5 cm；系統(tǒng)誤差最大值2 cm大于規(guī)范規(guī)定的±1 cm誤差范圍，不符合置信水平95%的誤差要求。通過計(jì)算分析，狀頭（四）站雷達(dá)水位計(jì)需繼續(xù)進(jìn)行比測分析。

8 結(jié)論

通過該站選用的8月、9月雷達(dá)自記水位計(jì)資料與人工觀測水位對比（水位變幅361.30 ～362.94 m，比測次數(shù)321次）資料分析，該站的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差均不滿足規(guī)范對雷達(dá)水位計(jì)的使用要求。說明本站使用的雷達(dá)水位計(jì)，觀測精度不符合規(guī)范要求。該站的雷達(dá)水位計(jì)需繼續(xù)進(jìn)行比測分析。