陳 波

（新疆阿克蘇水文勘測(cè)局，新疆 阿克蘇 843000）

1 測(cè)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(guó)家基本水文站，距葉爾羌河、和田河、塔里木河三河交會(huì)處約43 km。位于新疆阿瓦提縣豐收三場(chǎng)亞蘇克林管站林區(qū)內(nèi)。

黑尼亞孜水文站監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、水質(zhì)，河長(zhǎng)約48.50 km，多年平均徑流量16.45×108m3，來(lái)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(guān)系呈單一線。左岸為鉛絲石籠護(hù)坡，右岸為天然護(hù)坡。河寬約70 m，河床為細(xì)沙質(zhì)，斷面穩(wěn)定、水流集中。斷面處設(shè)有一座混凝土基鋼架橋，橋面起點(diǎn)距15 m 處橋墩上設(shè)直立式水尺。橋頭安置有YMWG30A 型非接觸式雷達(dá)水位計(jì)，由懸臂式支架固定，距離河床3 m高，直立式水尺與自計(jì)水位計(jì)處在斷面同一位置。

2 人工水位觀測(cè)方式及數(shù)據(jù)收集

人工觀測(cè)水位主要依靠設(shè)立的直立式水尺通過(guò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)人員每隔4 小時(shí)觀測(cè)一次水尺讀數(shù)，多次觀測(cè)平均值，計(jì)算相應(yīng)水位并做好記錄，同步摘錄自計(jì)水位。

3 比測(cè)目的及依據(jù)

為進(jìn)一步提高水文測(cè)驗(yàn)自動(dòng)化水平和測(cè)驗(yàn)精度，降低測(cè)驗(yàn)人員工作強(qiáng)度，雷達(dá)水位計(jì)正在被大量推廣使用，YMWG30A型雷達(dá)水位計(jì)及數(shù)據(jù)采集、傳輸為一體，信息集成度較高。但是在運(yùn)行過(guò)程中難免會(huì)不同程度地受到外界環(huán)境因素影響，出現(xiàn)故障和誤差。為保證水位觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確完整，根據(jù)《水位觀測(cè)規(guī)范》E.4.10.2 對(duì)新安裝的雷達(dá)自記水位計(jì)與人工觀測(cè)水位進(jìn)行比測(cè)，通過(guò)比測(cè)分析，在結(jié)果合格后，方可正式啟用。

4 比測(cè)資料選取

根據(jù)《水位觀測(cè)規(guī)范》6.2.2規(guī)定，該站2022年8-10月水位變幅1 043.07～1 044.58 m，變幅達(dá)1.51 m，比測(cè)分為3 個(gè)測(cè)段進(jìn)行，每個(gè)測(cè)段比測(cè)次數(shù)不低于30 次，共比測(cè)收集水位數(shù)據(jù)535組，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，在比測(cè)合格的水位變幅內(nèi)，自計(jì)水位計(jì)可以使用比測(cè)資料作為正式資料。

5 比測(cè)資料相關(guān)性分析

以同一時(shí)刻YMWG30A型雷達(dá)水位計(jì)觀測(cè)水位為縱坐標(biāo)，以人工觀測(cè)水位為橫坐標(biāo)，分別在低水、中水、高水建立二者相關(guān)性，如圖1～圖3所示。

圖1 黑尼亞孜水文站低水雷達(dá)水位與人工水位相關(guān)性圖

圖2 黑尼亞孜水文站中水雷達(dá)水位與人工水位相關(guān)性圖

圖3 黑尼亞孜水文站高水雷達(dá)水位與人工水位相關(guān)性圖

由圖可知其相關(guān)系數(shù)分別為0.999 7、0.998 8、0.998 4，因彼此相關(guān)度很高，所以認(rèn)定為同一系列。

6 誤差分析

測(cè)驗(yàn)斷面處在胡楊林林區(qū)內(nèi)，氣候較為干燥，常年降雨較少，風(fēng)沙較大，在主汛期，河道來(lái)水期間，水流在行進(jìn)過(guò)程中沿途裹挾樹(shù)枝、樹(shù)杈、樹(shù)樁、水草等漂浮物纏繞水尺，影響人工觀測(cè)準(zhǔn)確度。

有鑒于此，要加強(qiáng)視頻巡查和巡測(cè)力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(tǒng)不確定度應(yīng)按式（1）計(jì)算：

式中：Pyi—自動(dòng)監(jiān)測(cè)水位Pi—人工校測(cè)水位N—校測(cè)次數(shù)。

根據(jù)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(jì)535次人工水位觀測(cè)數(shù)據(jù)與雷達(dá)水位計(jì)水位觀測(cè)對(duì)比數(shù)據(jù)，按《水位觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)公式計(jì)算系統(tǒng)不確定度、隨機(jī)不確定度、綜合不確定度其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不確定度計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)計(jì)算黑尼亞孜水文站雷達(dá)水位計(jì)比測(cè)數(shù)據(jù)低水至高水系統(tǒng)不確定度為0.00 ～0.01 cm；隨機(jī)不確定度為0.60 ～0.80 cm；綜合不確定度為0.60 ～0.80 cm 系統(tǒng)誤差1 cm，符合規(guī)范規(guī)定的關(guān)于置信水平95%的綜合不確定度為3 cm，系統(tǒng)誤差應(yīng)為士1 cm的要求。

雷達(dá)水位計(jì)在遇大風(fēng)天氣時(shí)，會(huì)有輕微晃動(dòng)，加之本身存在的誤差，個(gè)別時(shí)間，觀測(cè)人員在使用雷達(dá)水位計(jì)時(shí)要保證太陽(yáng)能電池板供電正常，在出現(xiàn)數(shù)據(jù)中斷等情況下要及時(shí)反應(yīng)并維護(hù)，清潔太陽(yáng)能電池板或者更換太陽(yáng)能電池板。

YMWG30A型雷達(dá)水位計(jì)設(shè)計(jì)科學(xué)、布局合理，配有支架，安裝拆修較為方便。通過(guò)對(duì)該站2022 年8-10 月份，198 個(gè)低水、194 個(gè)中水、143 個(gè)高水水位數(shù)據(jù)比較分析發(fā)現(xiàn)，三者系統(tǒng)誤差均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，可采用自計(jì)水位計(jì)數(shù)據(jù)，替代人工觀測(cè)數(shù)據(jù)，參與資料整編。

從比測(cè)結(jié)果分析來(lái)看，雷達(dá)水位計(jì)在正常工況下，觀測(cè)精度符合規(guī)范要求，可采用自計(jì)觀測(cè)代替人工觀測(cè)。做好自計(jì)維護(hù)，在雷達(dá)水位計(jì)脫流，或者因環(huán)境因素影響，遇到持續(xù)性高溫、低溫、沙塵暴、暴雨等惡劣天氣，造成雷達(dá)水位計(jì)接線松動(dòng)、靜電、短路、信號(hào)中斷等情況時(shí)，第一時(shí)間恢復(fù)人工觀測(cè)，確保水文數(shù)據(jù)的完整可靠，并及時(shí)修復(fù)排除故障。

黑尼亞孜站地處偏遠(yuǎn)、位于胡楊林保護(hù)區(qū)內(nèi)靠近沙漠，信號(hào)不穩(wěn)定，鑒于此情形，需要增設(shè)增益天線，加強(qiáng)信號(hào)質(zhì)量，便于更好傳輸數(shù)據(jù)。硬件設(shè)施信息化的提升和普及，需要有相應(yīng)的人才作為支撐，建立一支專業(yè)的運(yùn)維團(tuán)隊(duì)至關(guān)重要，能有效提高自計(jì)觀測(cè)儀器的工作效率，最大限度地發(fā)揮其效能。