刘家河水文站雷达水位计比测分析

/ 2

刘家河水文站雷达水位计比测分析

张景洋,刘瑜,马媛媛

延安水文水资源勘测中心   陕西延安 716000

一、刘家河水文站概况

刘家河水文站设立于1958年9月,位于陕西省志丹县永宁镇,地处东经108°46′,北纬36°33′,该站集水面积7325km2,距河口距离493km。

刘家河水文站属国家级重要水文站,该站实测最大流量8030m3/s,最高水位494.59m,发生在1994年8月31日。实测最大流速6.90m/s,实测最大含沙量1530 kg/ m3,实测最大水深为4.2m,多年平均径流量为2.194亿m3,多年平均输沙量为5785万t。

二、比测目的

    为了提高水文测验的科技含量和自动化水平,减小人工劳动强度,保证测验精度,适应现代社会对水文测验的要求故对本站配备了三台SEBAPLUS35型雷达水位计(清水槽、浑水槽、临时断面各一台,其中临时断面仪器测试中,未启用)。通过比测分析为刘家河水文站雷达水位计的应用提供依据,使雷达水位计成为刘家河水文站水位观测的主要设备,减轻水文职工的劳动强度,缩短测报历时,实现水位观测的自动化、数字化、提高工作效率,同时,可以减少由于观测经验的差异而带来的水位观测误差和偶然原因而出现的差错,提高水位观测资料的精度及可靠性。

三、仪器设备

   刘家河水文站安装的是德国产SEBAPULS35型雷达水位计,雷达波不受温度、湿度、气压、风雪雨沙等恶劣天气和环境因素的影响,性能相当稳定,使雷达水位计在其工作范围内具有级高的精度,且不需要建测井,安装方便,测量精度、误差范围为±5mm,温度适应范围广,操作温度在摄氏-40℃~70℃。

     数据情况:本次比测采用6月及10月的雷达水位计数据,低水每小时一测。因数据量庞大,故而先由整编数据计算逐日平均水位,再用逐日平均水位进行比测,洪水期数据直接进行比测。

四、比测结果的分析及评定

    根据水位观测标准(GB/T 50138-2010),比测结果应符合置信水平95%的综合不确定度应为3cm,系统误差应为±1cm;波浪问题突出的近海地区水位站,综合不确定度可放宽至5cm。

其不确定度应按下列公式计算

1、系统不确定度:

     

     式中:——自动监测水位;

             ——人工校测水位;

             N——校测次数。

2 、随机不确定度:

      

3、 综合不确定度:

      

本次比测分析选择刘家河水文站2022年6月及10月平水期,洪水期两个阶段22组人工水尺水位观测数据与其对应的雷达水位计水位观测数据,其中平水期水位过程线如图1和图2,洪水期水位过程线如图3和图4,在绘图过程中,对于明显突变值予以保留:

图1 刘家河水文站6月份平水期水位过程线图

图2 刘家河水文站10月份平水期水位过程线图

图3 刘家河水文站7月份洪水期水位过程线图

图4 刘家河水文站8月份洪水期水位过程线图

计算结果如下:

(1)平水期6月份水位变化范围为480.17m-480.64m,共比测30次,综合不确定度为2.6cm;10月份水位变化范围为480.25m-480.82m共比测31次,综合不确定度为2.4cm。

(2)洪水期比测时间为7月11日至 7月13日、8月8日至 8月9日,水位变化范围为480.56m-483.67m,共比测22次,综合不确定度为4.5cm。

(3)洪水期8月8日8时05分至8月8日9时30分,水位变化范围为481.22m-483.32m时,人工水尺观测次数为13次,雷达水位计观测次数为2次。

4、结果分析

在计算过程中,不存在明显有异常的突变值故不用舍去。

(1)由计算结果可知刘家河站雷达水位计比测结果均在误差范围内,尤其是平水期在比测样本充足的情况下关系良好。

(2)洪水期比测结果虽在误差范围内,但在短历时水位变幅大的情况下雷达水位计观测次数极少,不能够真实反映出水位变化情况,不具有代表性。且雷达水位计导出水位数据多为奇数时间段,与人工水位观测数据对应关系不好。

(3)本年刘家河水文站洪水过程有两次,数量少。7月洪水过程水位变幅不足2m,8月洪水过程变幅虽超过3m但由表三及分析可知8月洪水过程比测对应数据较少,所以洪水期的比测分析具有一定的局限性。

五、结论与建议

1、结论

(1)SEBPAULS35型雷达水位计结构紧凑,封闭严密,利于装卸维护,观测传输快捷、精度高;

(2)本次比测结果总体上在误差范围内,尤其是平水期比测结果良好,所以在平水期可以使用雷达水位计代替人工水尺水位观测。

(3)本年刘家河水文站的洪水过程数量少、水位变幅较小,且洪水期比测水位数据对应关系不好,故洪水期比测结果具有局限性,不能在洪水期使用雷达水位计来代替人工水尺水位观测。

2、建议

(1)需对刘家河水文站雷达水位计进一步调试、维护,使其能够在短历时水位变幅大的情况下观测出更多的数据,从而反映出水位变化的真实情况,与此同时也能增加比测样本的数量,提高比测的精度。

(2)可在来年洪水过程较多的情况下进行洪水期的水位比测分析,提高比测的准确性。

1