则克台水文站雷达水位计与人工观测水位的综合比测分析_周良川.pdf
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1、DOI:10 19807/j cnki DXS 2023 03 078则克台水文站雷达水位计与人工观测水位的综合比测分析周良川(新疆伊犁水文勘测局,新疆 伊宁 835000)摘要则克台水文站断面不同时期水位变幅较大,为提高测站水位观测的及时性和准确性,引入雷达水位计实现测站断面水位自动观测,为对其水位观测精度进行验证,结合人工观测方式进行同步分析。结果表明:按照水位观测标准(GB/T50138 2010)规范要求,则克台水文站雷达水位计与人工水位观测的比测综合误差均可满足测验误差要求,可用于测站断面水位的连续、自动观测,研究成果对于伊犁地区水文测站自动测报技术奠定基础。关键词雷达水位计;比测综
2、合误差;测验精度验证;则克台水文站;新疆伊犁地区中图分类号P335+1文献标识码B文章编号1004 1184(2023)03 0229 03收稿日期2022 08 19作者简介周良川(1990 ),男,新疆新源人,工程师,主要从事水文水资源方面工作。随着水文现代化测验技术的快速发展,雷达水位计已在国内许多水文测站中得到应用1。雷达水位计可实现断面水位自动、连续观测,可极大提升水文测验断面测报的时效性2。但由于河道水位变幅较快,且中高水时由于河流水面表面流速过快,其对雷达水位计的观测影响较为明显3。为保证河流水文测验断面水位观测的准确性,满足水位观测标准(GB/T50138 2010)规范要求,
3、需要结合人工水位观测方式对雷达水位计的水位观测精度进行对比观测4。近些年来,国内许多地区水文测站已开展过雷达水位计的比测分析4 10,但这些比测大都进行单一误差指标的分析,而进行综合比测分析的研究还较少。按照水位观测标准(GB/T50138 2010)规范要求,需要结合不确定度、标准差等误差指标进行综合分析,从而得到其综合系统误差。为提高水文测站自动测报技术,伊犁地区水文站近些年来均已安装雷达水位计,提高了测报时效性,为对雷达水位计的观测精度进行分析,从 2019 年以来结合人工比测方式进行高、中、低水时期的比测,本文结合伊犁地区则克台水文站比测分析数据,对其比测综合误差进行分析,从而为伊犁地
4、区水文测站自动测报技术奠定基础。1测站概况则克台水文站新疆伊犁地区巩乃斯河干流主要控制水文站,砾石和细沙是则克台水文站测验断面河床组成,左右岸分别为沙土和人工水泥护坡。站点水文测验为常规测验要素。测站所在流域洪水主要为积雪融化型和暴雨型洪水,洪水历时较长,水位上涨速率相对较为平缓,流域积雪型洪水一般主要集中在 4 5 月,暴雨型洪水主要集中在 6 8 月,时段雨强和场次降雨量决定其暴雨型洪水的洪量。则克台水文站基本水尺断面上游右岸距离 40 m 的地方有支流汇入,当暴雨洪水较大时,该支流汇水过程较快,使得克台水文站水位涨率较高。克台水文站测验断面受上游水电站运行影响较为明显,水位受电站运行调度
5、影响变化较大。2雷达水位计的测流原理雷达水位计的测流原理在于通过反射和接收雷达波,通过分析其反射和接收的距离对其水位进行测算,水位测算方程为:H=CT/2(1)其中 H 为水面到雷达水位计之间的距离(m);C 为光速(m/s);T 为雷达波发射和接收到水面反射的时间(s)。雷达天线到水面的距离测出后,水面高程可按照雷达天线高程进行计算得到。3雷达水位计优点(1)采用一条化设计所有测量部件,由于为非接触式测量因此无机械磨损且不受水体密度等物理属性的影响,具有使用周期长,维护难度低的特点;(2)雷达波水位测量电磁波不需要传输媒介,受外部干扰影响程度低;(3)可以对水面进行连续自动观测,测量范围广且
6、技术相对较为成熟和稳定;(4)雷达水位计关键部位采用抗腐蚀性强的高质量材料,能够适应不同恶劣环境下的正常使用;(5)利用太阳能进行供电具有功耗低的特点,可使用各种复杂地理环境,对河流流态无影响,维护安装更为方便。(6)可利用自身携带软件进行参数设定,并对天线虚假回波进行自动标识,将外部干扰进行排除。4雷达水位计安装技术要求雷达水位计立杆需要与被测河段断面保持垂直安装,雷达水位计和被测物体之间不能再存在遮挡物,否则雷达波发射率会受到影响,测量精度产生偏差。9222023 年 5 月第 45 卷第 3 期地下水Ground waterMay,2023Vol.45NO.3雷达水位计发射波束的半径必须
7、小于水位计中心距离水体岸边的距离,否则测量精度会受到影响。必须牢固安装雷达水位计的悬臂支架,可在悬臂支架上安装保护雷达水位计的小铁箱,小铁箱内放置雷达水位计的探头进行牢固固定,雷达水位计喇叭口从铁箱口伸出并与水面垂直。可将悬臂设置为旋转或轴拉式,从而方便雷达水位计的维修和检测。雷达水位计的主要技术指标如表 1 所示。表 1雷达水位计技术指标技术参数测量范围测量精度测量温度频率范围信号输出电源取值35 40m55m 40 70256Hz4 25mA/HATDC12V5综合比测方法5 1综合误差评定分别结合则克台水文站高、中、低三个水位级下进行雷达水位计和人工水位观测的平行观测分析。对比观测时间按
8、照水位观测标准(GB/T50138 2010)规范要求设定为每间隔 5min 进行一次平行观测,遥测终端随即对水位数据进行接收,若水位变幅较小,则每间隔 1h 进行一次数据观测,在涨落过程中必须对其观测次数进行相应增加。通过比测分析,在克台水文站共采集到 7500 组平行观测数据,比测摘录数据为 665 次,中高、低水位观测次数分别为 600 次和65 次,水位变幅在 1 5m 范围内。自动雷达水位计按照水位观测标准(GB/T50138 2010)规范要求进行不同水位变幅进行分段,不同测次在各分段内需要满足不少于 30 次,不确定度按照 95%的置信水平应为 2 9 cm,综合系统误差偏离度小
9、于 1 cm,水位比测的不确定度评定方程为:U0 95=2Sg(2)式中:Sg为标准差统计值;Xi为雷达水位计每次观测水位值(m);Xi为水位比测均值(m)。标准差统计值计算方程为:Sg=ni=1(xi Xi)2n 1(3)在标准差统计值计算的基础上,对其比测综合系统误差进行计算:Sj=ni=1(xi Xi)2n 1(4)式中:Sj为综合系统误差;n 为比测次数。5 2比测分析步骤(1)数据合理性检查,将比测时间内人工观测水位和雷达水位计观测水位在同一张图中进行水位过程线的点绘,分析两个水位过程线是否一致,若出现不一致对比测数据系列进行合理性检查,若出现不合理数据则需要结合人工观测水位对雷达水
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