陕西省武关水文站自动水位对比分析

贺新渭

（陕西省商洛水文水资源勘测局，陕西 商洛 726000）

1 概况

武关水文站位于丹凤县武关镇，1959 年1 月由陕西省水文总站设立，属国家基本水文站。本站主要收集丹江支流域武关河各项水文特征值，掌握该流域降水径流变化规律，分析代表流域内产流、汇流规律所需要的系列样本资料，同时为防汛部门及下游地区提供实时的水文信息，为防汛减灾、水利工程规划、设计和施工、科学研究等提供基本数据，为丹江流域综合治理、开发利用水力资源、水资源规划管理提供基本数据。

武关河流域左右岸对称，水系呈羽毛状，武关水文站断面控制面积724 km2。水文站断面右岸为山坡，G312 国道由半山通过；左岸为漫坡耕地，断面宽约95 m 左右。河床由砂、砾石、卵石组成，大水时有块石，冲淤变化小。

武关水文站自动水位自2012 年建设，2013 年投入使用至今。自动站的水位塔与水文站基本水尺断面重合，自动站的水位塔在河流的右岸，人工观测的基本水尺在河流的左岸,断面宽较小，通过实际观测比较，左右岸横比降很小，可以忽略不计。

2 对比资料的“三性”分析

选取武关水位自动站2018 年7 月1 日至8 月15 日20 时的人工（4 段制）和自动（遥测平台）同时刻的监测水位过程数据进行对比分析。

2.1 资料的可靠性

本次所选的人工资料均由水文勘测专业工作者亲自观测，因此人工数据是可靠的。自动资料均由雷达水位计实时观测得到，自动水位计探头在断面93 m 处，当水位高于97.24 m 时，自动和人工监测数据基本吻合，低于97.24 m 时，出现两岸水流分流，水位产生不一致的现象，对不一致的自动数据进行常量订正；对于自动站冒大值的数据进行舍去处理。

2.2 资料的一致性

人工观测水位和自动监测水位均在同一个断面上，虽然不在同一岸边,但是受横比降的影响小,且河道上下游无其他因素影响，为同时同步观测，因此资料具有可比性和一致性。

2.3 资料的代表性

选取2018 年7 月1 日至8 月15 日20 时自动和人工的水位数据对比分析，这段数据具有较完整的洪水变化过程，其他时间的水位变幅度较小，而且多数为平水期，对分析资料质量的意义作用不大；所选的这段时期水位变幅在96.92 m～97.30 m之间，具备低、中、高水位级的代表性，而且数据样本系列188组次，满足规范比测次数应在30 次以上的要求。

3 结果分析

3.1 原始的自动水位数据和人工观测数据情况

人工观测水位与原始自动水位过程趋势基本一致，见图1，但数据在7 月1 日～7 月5 日、7 月6 日～7 月7 日、7 月14 日～7 月26 日、8 月3 日～8 月5 日、8 月10 日～8 月15 日不同时期有系统偏差现象，其中最大偏差0.14 m，最小偏差0.02 m，具体偏差见表1。

图1 武关水文站人工水位与原始自动水位过程对比图

表1 武关站一定时期内人工校测与自动监测水位系统偏差表

3.2 误差消除

偶然误差是不可避免，系统误差是可以避免，故对自动站原始数据进行系统误差修正，修正公式为：自动站修正后的数据=自动监测站原始数据±系统偏差。

3.3 误差处理后情况

自动站原始数据修正后的过程数据与人工观测过程数据对比吻合程度良好，见图2。

图2 武关站人工校测水位与修正后的自动水位过程对比图

3.4 自动站水位数据修正后不确定度的计算

据水位观测标准,水位观测的不确定度应以绝对值衡量,并按正太分布,置信水平应取95%。采用自动监测设备监测水位时，其不确定度应按下列公式估算。

式中：P'y为修正后的自动监测水位；Pi为人工观测水位；N 为校测次数。

经计算，系统不确定度X"y=1 cm，随机不确定度X'y=2 cm；综合不确定度Xz=3 cm。根据水位观测标准规定与水文自动测报系统技术规范可知，修正后的自动站水位不确定度未超出允许限差，故武关自动水位站自动水位可以代替人工水位。

4 结论及建议

4.1 结论

通过对比分析武关水文站自动水位及人工水位数据资料可知，武关站雷达水位计，观测精度满足规范要求，在水位计正常运行情况下，经修正可代替人工观测，达到项目建设的目的。

4.2 建议

1）对自动水位站的设备及时维护确保正常运行；

2）平时加强自动水位站水位校测工作，以消除自动水位站系统误差，当校测水位与自动站水位系统偏差超出±2 cm 范围时，应经确认后重新设置水位站的初始值；

3）定期对自动水位站的RTU 时间校核，确保时间准确性；

4）对自动站出现的奇异值要及时处理。