黑尼亚孜水文站雷达水位计与人工观测水位比测分析

陈 波

（新疆阿克苏水文勘测局，新疆 阿克苏 843000）

1 测站概况

黑尼亚孜水文站始建于2012年7月，是叶尔羌河水量控制站，国家基本水文站，距叶尔羌河、和田河、塔里木河三河交会处约43 km。位于新疆阿瓦提县丰收三场亚苏克林管站林区内。

黑尼亚孜水文站监测项目有水位、流量、水质，河长约48.50 km，多年平均径流量16.45×108m3，来水主要集中在8-10月，洪水主要以冰川融雪为主。水位涨落平缓，关系呈单一线。左岸为铅丝石笼护坡，右岸为天然护坡。河宽约70 m，河床为细沙质，断面稳定、水流集中。断面处设有一座混凝土基钢架桥，桥面起点距15 m 处桥墩上设直立式水尺。桥头安置有YMWG30A 型非接触式雷达水位计，由悬臂式支架固定，距离河床3 m高，直立式水尺与自计水位计处在断面同一位置。

2 人工水位观测方式及数据收集

人工观测水位主要依靠设立的直立式水尺通过远程视频监控系统进行观测，观测人员每隔4 小时观测一次水尺读数，多次观测平均值，计算相应水位并做好记录，同步摘录自计水位。

3 比测目的及依据

为进一步提高水文测验自动化水平和测验精度，降低测验人员工作强度，雷达水位计正在被大量推广使用，YMWG30A型雷达水位计及数据采集、传输为一体，信息集成度较高。但是在运行过程中难免会不同程度地受到外界环境因素影响，出现故障和误差。为保证水位观测数据的准确完整，根据《水位观测规范》E.4.10.2 对新安装的雷达自记水位计与人工观测水位进行比测，通过比测分析，在结果合格后，方可正式启用。

4 比测资料选取

根据《水位观测规范》6.2.2规定，该站2022年8-10月水位变幅1 043.07～1 044.58 m，变幅达1.51 m，比测分为3 个测段进行，每个测段比测次数不低于30 次，共比测收集水位数据535组，通过数据分析，在比测合格的水位变幅内，自计水位计可以使用比测资料作为正式资料。

5 比测资料相关性分析

以同一时刻YMWG30A型雷达水位计观测水位为纵坐标，以人工观测水位为横坐标，分别在低水、中水、高水建立二者相关性，如图1～图3所示。

图1 黑尼亚孜水文站低水雷达水位与人工水位相关性图

图2 黑尼亚孜水文站中水雷达水位与人工水位相关性图

图3 黑尼亚孜水文站高水雷达水位与人工水位相关性图

由图可知其相关系数分别为0.999 7、0.998 8、0.998 4，因彼此相关度很高，所以认定为同一系列。

6 误差分析

测验断面处在胡杨林林区内，气候较为干燥，常年降雨较少，风沙较大，在主汛期，河道来水期间，水流在行进过程中沿途裹挟树枝、树杈、树桩、水草等漂浮物缠绕水尺，影响人工观测准确度。

有鉴于此，要加强视频巡查和巡测力度，及时发现并清除缠绕在水尺上的杂草、杂物，确保水尺刻度易于观读。

①系统不确定度应按式（1）计算：

式中：Pyi—自动监测水位Pi—人工校测水位N—校测次数。

根据黑尼亚孜水文站2022 年高水位143 次、中水位194次、低水位198次，共计535次人工水位观测数据与雷达水位计水位观测对比数据，按《水位观测标准》中的相关公式计算系统不确定度、随机不确定度、综合不确定度其计算结果见表1。

表1 不确定度计算结果统计表

经计算黑尼亚孜水文站雷达水位计比测数据低水至高水系统不确定度为0.00 ～0.01 cm；随机不确定度为0.60 ～0.80 cm；综合不确定度为0.60 ～0.80 cm 系统误差1 cm，符合规范规定的关于置信水平95%的综合不确定度为3 cm，系统误差应为士1 cm的要求。

雷达水位计在遇大风天气时，会有轻微晃动，加之本身存在的误差，个别时间，观测人员在使用雷达水位计时要保证太阳能电池板供电正常，在出现数据中断等情况下要及时反应并维护，清洁太阳能电池板或者更换太阳能电池板。

YMWG30A型雷达水位计设计科学、布局合理，配有支架，安装拆修较为方便。通过对该站2022 年8-10 月份，198 个低水、194 个中水、143 个高水水位数据比较分析发现，三者系统误差均在规范允许范围内，可采用自计水位计数据，替代人工观测数据，参与资料整编。

从比测结果分析来看，雷达水位计在正常工况下，观测精度符合规范要求，可采用自计观测代替人工观测。做好自计维护，在雷达水位计脱流，或者因环境因素影响，遇到持续性高温、低温、沙尘暴、暴雨等恶劣天气，造成雷达水位计接线松动、静电、短路、信号中断等情况时，第一时间恢复人工观测，确保水文数据的完整可靠，并及时修复排除故障。

黑尼亚孜站地处偏远、位于胡杨林保护区内靠近沙漠，信号不稳定，鉴于此情形，需要增设增益天线，加强信号质量，便于更好传输数据。硬件设施信息化的提升和普及，需要有相应的人才作为支撑，建立一支专业的运维团队至关重要，能有效提高自计观测仪器的工作效率，最大限度地发挥其效能。