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雷达液位计监测数据在水库资料整编中的应用

作者: 来源: 发布时间:2020-10-22 17:09:12

 【摘要】利用青岛市李村水文站、崂山水库水文站2019年雷达液位计的监测数据与人工观测水位数据进行比测分析,探索雷达液位计的使用条件、可靠程度,按规范要求将监测数据与整编数据库相衔接,使雷达液位计监测数据运用到资料整编中。

 
近几年雷达液位计已广泛运用到青岛地区各基层水文测站,在测站防汛测报方面发挥了积极的作用,但雷达液位计监测数据没有运用在资料整编中,造成监测资源的极大浪费。
 
本文选择青岛市李村水文站、崂山水库水文站作为研究对象,进行监测数据与人工观测水位数据比测,分析水位观测误差是否满足规范要求;根据《水位观测标准》及《水文资料整编规范》的相关要求,研究雷达液位计监测数据去伪存真的方式方法,将监测数据与整编数据库相衔接,使雷达液位计监测数据运用到资料整编中,让先进的仪器设备发挥应有的作用。
 
1雷达液位计使用概况
青岛市现有国家基本水文站13处、水位站2处,中小河流水文站19处、水位站6处。在40处水文站、水位站中,共有20处水文站、水位站安装雷达液位计,其中国家站有5处水文站安装使用雷达液位计,中小河流站有13处水文站、2处水位站安装使用雷达液位计。雷达液位计具有占地少、不需土建工程、安装简单方便等特点,现广泛应用于中小河流站。
 
2资料比测分析
此次对比测采用李村站、崂山水库水文站2019年人工观测与雷达水位资料进行分析。
 
2.1资料比测分析
 
李村水文站雷达液位计比测对象为人工水尺观测水位。因枯季河干,分析时间取2019年5月1日~9月1日,共收集155组数据。比测期间,zui高水位9.15m,zui低水位7.50m,水位变幅1.65m。误差≤±0.02m的占比测数据总数的75.5%,误差≥±0.05m的占比测数据总数的14.2%,zui大误差0.11m,±0.05m≤误差≤±0.11m共出现22次,大多数情况出现在涨水段,见表1与图1、图2
李村水文站、崂山水库水文站雷达水位计比测成果表李村站雷达水位与人工观测水位过程线李村站 2019 年 5 月测流雷达水位计比测成果图
崂山水库水文站雷达液位计比测分析时间取2019年1月25日~10月1日,共245组数据。 比测期间,zui高水位48.12m,zui低水位44.02m,水位变幅为4.10m。误差≤±0.02m的占比测数据总数的65.5%,误差≥±0.05m的占比测数据
总数的11.8%,zui大误差0.10m,出现在9月4日8时,±0.05m≤误差≤±0.08m共出现29次,其中19次出现在2~4月份,见表1,图3~4。
崂山水库雷达水位与人工观测水位过程线崂山水库 2019 年 7-9 月份雷达水位计比测成果图
根据GB/T50138-2010《水位观测标准》第6.2.3条规定:一般水位站置信水平95%的综合不确定度为3cm,系统误差应为1cm。
 
崂山水库水文站雷达液位计置信水平95%的综合不确定度为5.3cm,系统误差为1cm;李村水文站综合不确定度为3.1cm,系统误差为1.0cm,均不满足规范要求。
 
2.2误差原因分析
 
1)设备自身因素。由于雷达波存在发散角,不适合用于坡度较缓、变幅较大的地方进行水位观测;雷达液位计受风、降雨等影响造成较大的误差,河道站洪水期间雷达液位计监测受杂草影响;太阳能直接给设备充电,电压不稳,造成设备电流不稳定,会出现夜间或凌晨跳数严重的现象;数据采集终端设备故障率较高。
 
2)设备安装条件因素。选择雷达液位计安装位置时,要保证雷达波全部覆盖到水面,避免低水或河床淤积时雷达波覆盖到河床或地面。但青岛地区河流枯季常有河干出现,造成雷达波直接覆盖或部分覆盖到裸露的地面,造成安装位置不符合要求;雷达液位计与基本水尺观测不在同一地点,相距较远。在青岛地区大多因地制宜将雷达液位计安装在桥上,与基本水尺不在同一地点,山溪性河流比降较大,不同地点水位差较大。
 
3)水位波动因素。洪水大多出现在主汛期,风雨交加,水位波动较大,易产生误差。《水位观测标准》中对水位波动引起的误差可采用如下方法进行控制:可采用短时段内多次采样的平均值作为水位值;对不支持短时段内多次采样平均值的测站,可对水位过程进行适当平滑、滤波。
 
综上所述,日常工作中应加强对水位设备的检查与维护,减小误差来源,确保雷达液位计运行稳定,对产生误差的相关因素进行调整。
 
比测分析计算结果表明:李村水文站雷达液位计置信水平95%的综合不确定度为3.1cm,系统误差为1cm,符合测站实际,虽然综合不确定度为3.1cm超出水位观测标准规定的不确定度,但将雷达液位计水位数据经订正处理后,可进行整编。
 
崂山水库水文站雷达液位计安装位置与坝下基本断面水尺相距20m,比测结果显示,综合不确定度为5.3cm,系统误差为1cm;误差≥±0.05m主要出现在2~4月份结冰期、大风期,可通过对雷达液位计水位数据进行适当平滑、滤波、订正后再整编。
 
2.3整编成果分析
按照《水文资料整编规范》(SL247-2012)、《水文观测标准》(GB/T50138-2010)对李村站、崂山水库水文站的水位自动监测值进行平滑、摘录处理,使用山东省水文资料整编软件对人工观测水位和雷达液位计水位数据进行计算后,对逐日平均水位表进行对照分析。
 
李村水文站的5~8月份(扣除河干)日平均水位相比均不超过±0.02m,月极值误差不超过±0.01m,月极值发生时间基本一致,从整编成果看,李村水文站雷达水位数据可用于资料整编,成果可靠。
 
崂山水库水文站雷达液位计自2019年1月25日~10月1日去除4月份仪器出现故障,共正常使用227d,期间两者日平均水位相比≤±0.02m的,共184d,占正常使用天数81.1%,误差>±0.02m的比例为18.9%,见表3。
崂山水库站雷达与人工水位数据整编成果对照表
日平均误差zui大±0.06m,出现2次,分别出现在3月4日、9月7日。日平均误差±0.05m,出现3次,分别出现在2月28日、7月24日、8月14日。月平均误差不超过±0.02m,月极值发生时间基本一致,从整编成果看,该站雷达水位数据经过订正后可用于资料整编,成果较可靠。
 
目前,李村站、崂山水库水文站雷达液位计运行正常,故障较少,数据订正处理后与人工观测水位相差不大,符合水位观测标准要求,可以用于资料整编。在使用过程中,应定时进行水位校核,注意设备下方一定范围内不应有其他物体通过或滞留,发生故障应及时维修。
 
3结语
此次项目研究结果分析表明李村、崂山水库水文站雷达液位计比测、校测结果良好,可以作为该站常规水位观测设备。日常做好雷达液位计的校测工作,其监测数据经订正、平滑、摘录后,误差满足规范要求,雷达液位计数据可以用于资料整编、报汛及其它分析。
1)仪器设备出厂时应配有完整的安装使用说明书,设备安装调试时应严格按说明书要求做好,做到位,使仪器设备的安装条件、安装要素和使用边界条件满足出厂设定要求。
2)重视数据遥测终端机的质量,配置性能稳定、可靠性高、平均无故障工作时间长的设备,以保障数据传输的稳定性。
3)做好国家基本站、中小河流站水文站(水位站)雷达液位计的比测、校测工作,尤其要抓住洪水期及时进行设备调试、比对工作。
4)日常加强雷达液位计的维护保养,建立青岛市水文设备设施监测系统,实时在线查看雷达液位计运行状况。雷达液位计出现故障时,应及时维修。
5)建议整编程序中设置与雷达水位监测数据格式相匹配的入口,并可自行完成数据的精简及平滑处理,使处理后的数据满足整编要求。
6)加快推进青岛市各类水位自动监测数据在整编中的推广与应用,让先进的仪器设备及监测数据发挥应有的作用。

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