嘉陵江發(fā)源于寶雞市鳳縣西北東峪溝涼水泉，省內(nèi)干流全長 243.8 km，其中寶雞市 102 km，流域面積 9930 km 2 ，其中寶雞市 2472.4 km 2 。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(nèi)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(yán)重。流域?qū)倥瘻貛降貧夂?，年平均氣?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m 3 。建站以來實測zui大流量 992 m 3 /s，發(fā)生于 1990 年 7 月 6日。調(diào)查zui大流量 1640 m 3 /s，發(fā)生于 1981 年 8 月 21 日，實測zui大含沙量 65.0 kg/m 3 。本站建有雷達(dá)水位計 1 套，警戒流量300 m 3 /s、保證流量為 1000 m 3 /s。

 

本站通過長期連續(xù)地監(jiān)測流域內(nèi)基本水文數(shù)據(jù)，不斷探索流域水流沙特性和規(guī)律，為當(dāng)?shù)胤姥纯购?、水資源合理開發(fā)利用提供科學(xué)、準(zhǔn)確的決策依據(jù)。本文選用鳳州站雷達(dá)水位計采集的數(shù)據(jù)和同期人工觀測水位數(shù)據(jù)，按水位分幅、分階段分別進(jìn)行比測分析。

 

1 測站概況

鳳州水文站設(shè)立于 1984 年 1 月，位于鳳縣龍口鎮(zhèn)龍口村，集水面積 688 km 2 。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(zhì)。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(shè)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(wù)。

 

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 三暢26 GHz 脈沖型雷達(dá)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(shè)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(dá)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(hù)、測量時間內(nèi)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(biāo)配支架可方便調(diào)平，適合北方地區(qū)。

 

2.2 工作原理及參數(shù)

鳳州水文站采用三暢26GHz 脈沖型雷達(dá)水位計。其工作原理為：雷達(dá)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(zhì)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(jìn)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(dá)水位計主要技術(shù)指標(biāo)見表 1。

3 資料分析

3.1 分析依據(jù)

根據(jù)《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》（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(yīng)進(jìn)行比測。其比測綜合不確定度、系統(tǒng)誤差標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）一般水位站，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）機(jī)械鐘、石英鐘的走時日誤差不超過±5 min。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，其系統(tǒng)誤差及不確定度應(yīng)按下列方法估算：

 

a.系統(tǒng)不確定度

式中：P yi 為自動監(jiān)測水位；P i 為人工校測水位；N 為校測次數(shù)。

 

b.隨機(jī)不確定度

c.綜合不確定度

3.2 資料選用

根據(jù)《水位觀測標(biāo)準(zhǔn)》(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(jìn)行，每階段比測次數(shù)應(yīng)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(dá)水位計采集的數(shù)據(jù)和同期人工觀測水位數(shù)據(jù)。

 

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

4 計算分析與評定

根據(jù)水位觀測標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50138-2010）,比測結(jié)果應(yīng)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；波浪問題在本次分析數(shù)據(jù)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(jié)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）。

5 結(jié)論

結(jié)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(jī)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(dá)水位計記錄資料和人工觀測水位數(shù)據(jù)的比測分析結(jié)果可以看出，該站雷達(dá)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(jù)。在以后的工作中要加強(qiáng)對水位計的保養(yǎng)和維護(hù)，使之在水文現(xiàn)代化進(jìn)程中發(fā)揮更大的作用。