SEBAPLUS35型雷达水位计在黄陵水文站比测分析及应用

王宝童

（延安水文水资源勘测局 陕西 延安 716000）

一、概况

黄陵水文站位于陕西省黄陵县城关镇，于1966年6月设立，系黄河流域北洛河水系沮水河干流控制站。集水面积2266km2，占流域总面积的91.0%，河长140km，距河口里程22km，河道平均比降3.08‰。实测最大洪峰流量为606m3/s，实测最高水位500.13m，实测最大水深6.27m。该站监测项目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温等，测验断面左右岸均砌有河堤，水面宽度最大仅为26.4m，砂卵石河床，两边水草茂盛，冲淤变化不大，断面下游160m修滚水坝一座，对低水测流有影响，断面下游80m处有一座桥。基本水尺断面兼测流断面。

沮水河上游处于子午岭林区边缘，植被较好，产流较少。洪水主要由暴雨形成，峰型肥胖，历时较长。历年中高水水位流量关系线多呈单一线，一般洪水含沙量较小，洪峰过程与沙峰过程基本同步，峰型相似。

本站于2012年6月完成了陕西省中小河流水文监测系统项目建设基本水文站改造项目建设，新设立了SEBAPLUS35型雷达自动水位计。

二、SEBAPLUS35型雷达水位计原理及特点

1、原理及构造

SEBAPLUS35型雷达水位传感器利用雷达波测量雷达水位计安装高程位置到水面的距离，实际上是一台测距仪。SEBAPLUS35型雷达水位计利用微波脉冲通过天线发射并接受，雷达波以光速运行，运行时间通过电子部件转化为水位信号，再利用水位遥测终端，将雷达信号采集、传输，完成对水位的监测。黄陵水文站的SEBAPLUS35型雷达水位监测系统由水位塔、安装支架、水文遥测终端一体机、太阳能电池板、传输系统及配件组成。

表达公式为：h=1/2VT,Z=A-h式中：V——光速；

T——雷达波往返水位计和水面之间的时间；

h——水位计至水面的距离；

Z——水位；

A——雷达水位计的安装高程；

2、优点及缺点

（1）优点：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，在其工作范围内具有极高的精度，且不需要建测井，安装方便。雷达波频率为26GHz,测量精度高，误差范围为±3mm，工作温度在摄氏-40℃～80℃。功耗小，在12V时功耗为22.4mA或小于12mA。

图1 黄陵水文站平水期水位过程线

图2 黄陵水文站平水期水位过程线

图3 黄陵水文站洪水期水位过程线

表1 洪水期误差分析统计表

表3 平水期比测分析结果

表4 洪水期比测分析结果

（2）缺点：封冻期河面需要破冰，否则显示为河干或水位0.00。

三、数据比测分析

1、分析方法

本次比测分析选择黄陵水文站2013年平水期和洪水期三个阶段人工水尺水位观测数据与雷达水位计水位观测数据，其中平水期两个阶段数据共56组，洪水期一个阶段数据共83组，分析计算采用《水位观测标准》（GB/T 50138-2010）附录E.0.6里自动监测设备监测水位时所采用的不确定度估算方法进行水位观测不确定度的估算。其平水期和洪水期水位过程线如图1、图2、图3。

《水位观测标准》（GB/T 50138-2010）规定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。

其不确定度应按下列公式计算

（1）系统不确定度

式中：Pyi——自动监测水位；

Pi——人工校测水位；

N——校测次数。

（2）随机不确定度应按下式计算：

（3）综合不确定度按下式计算：

2、误差分析统计与结果见表1、表2、表3、表 4。

从表3、表4分析结果数据中可以看出平水期用雷达水位计监测水位时，其综合不确定度为2.5cm≤3cm,系统误差为+0.4cm≤±1cm；洪水期用雷达水位计观测数据，其综合不确定度为1.8cm≤3cm,系统误差为+0.7cm≤±1cm，误差分析结果完全符合《水位观测标准》（GB/T 50138-2010）规定的要求。

四、结论

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，完全适用常年无封冻河道的水位观测要求。通过误差分析置信水平95%的综合不确定度、系统误差符合水位观测标准（GB/T 50138-2010）的要求，满足防汛和水文资料的整编要求。SEBPAULS35型雷达水位计不仅提高了水文测验科技含量和自动化水平，而且减轻了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。大大的提高了工作效率，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。可以作为一种常用水位观测设备而加以利用。陕西水利

[1]中华人民共和国水利部.水位观测标准[GB].中国计划出版社，2010.