摘要：传统测量方式在黄河中游测区的应用，具有局限性、误差分散性、误差不确定性。随着我国科学技术的创新发展，逐步衍生出新的黄河水域水位测量方式，即非接触式雷达水位计，而雷达水位计具有维护便捷、传输速度快、观测精度高等特点，适合在无封冻的水面工作。因此，为了更好的推广雷达水位计在黄河中游测区中的应用，通过对吴堡水文站的雷达水位计比测试验进行分析，不仅符合水位观测规范，还满足防汛资料和水文资料的编制要求，从而降低了基层工作人员的工作量，继而为水文自动化的发展奠定良好的基础。
关键词：雷达水位计；黄河中游测区；应用分析
引言
在黄河中游测区的测量工作中，传统的水位测量计多是接触式的机械水位计，存在安装困难、维修困难、操作不便、测量精度较低等不足。随着我国科学技术的创新发展，促使我国行业的生产发展呈现自动化特点，而黄河中游测区的水位测量工作，也逐步呈现自动化发展趋势，这也使得雷达水位计逐步代替了传统的机械式水位计。
现阶段，在黄河中游测区的水位测量工作中，常用的水位测量计主要有超声波式水位计、激光式水位计、多极板电容式水位计等，但是，这些水位计不适合在较大的液面环境中使用，并且，雷达水位计能够避免各种环境影响因素的干扰，同时，能够有效的避免出现水位计的磨损老化现象，有效的发挥自身的可靠性、稳定性、低能耗、可行性、实用性等优点。
一、黄河中游测区的基本情况
在黄河水文流域中，黄河中游水文测区主要是指河龙区间，即黄河河口镇—龙门区间，位于黄河水文流域的中游区上段位置，这个地区的地理坐标为东经108°02′～112°44′，北纬35°40′～40°34′。黄河中游水文测区所辖水位站共有37处，主要分布在黄河流域的干流，以及黄河流域的28条支流上，其中，分布在黄河流域干流上的水文站主要有3处。
因此，为了更好的在黄河中游水文测区进行雷达水位计的使用工作推广，于2012年以来，黄河中游的水文局相继在吴堡水文站、高家川水文站、白家川水文站等10处水文站上，安装并使用了雷达水位计，进行相关区域的水位测量，并且，针对雷达水位计的使用，安排了相关的水文站进行雷达水位计比测试验，针对比测试验的相关结果进行全面的分析，来检定雷达水位计的可靠性和精度性，通过累积相关测量资料以及比测试验的结果分析，来逐步扩大比测试验的相关成果，从而为水位计的广泛应用提供依据支撑，本文主要针对雷达水位计在吴堡水文站水位测量工作中的应用进行详细的论述分析。
二、雷达水位计的工作原理
雷达水位计主要是凭借脉冲雷达技术手段，结合节能测量技术、非接触式测量技术，用来测量地表水位液位的仪器，其具有较高的精度性，是非接触式的水位测量仪器，主要通过向水面发射高频率的雷达波，并且，接收水面反射回来的反射波，从而测量水位的实际距离，即“发射-反射-接收”。同时，在测量过程中，不会与水面相互接触，也不受浑水、污泥、水生植物等诸多因素的影响，而且，雷达水位计的安装工作便捷，不需要建设配套的观测井，只需要安装悬臂即可。
H=CT/2
式中：H为设备到被测物的距离；
C为光速；
T为时间。
根据上述公式，在计算得出天线与水面之间的距离之后，结合天线的已知高程，来计算出水面的实际高程。
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三、雷达水位计的特点
①雷达水位计为整体化的安装形式，在使用过程中不存在设备磨损现象，并且，设备的核心部件使用的是耐腐蚀性的材料，具有较强的环境适应性；
②雷达水位计主要是凭借电磁波手段进行测量，不需要其他的传输媒介，并且，不会受到水体浓度、环境温度、空气湿度等环境外部因素的影响；
③雷达水位计在使用过程中，主要凭借太阳能，这种形式无污染且精度高，并且，具有测量范围广且维修简便，以及具备较长时间的使用年限。
④雷达水位计在安装过程中，不需要设置水位井，就可以进行水位的测量工作，不会出现紊流现象，并且，能够在无人值守的状态下进行连续的在线测量。
四、雷达水位计在吴堡水位站的比测试验情况
1、测站概况
于2012年5月12日，在吴堡水文站的基本水尺断面的下游4m处，靠近右侧的岸边安装了雷达水位计，这个雷达水位计靠近水边，探头与其对应起点的距离为418m，并且，探头的实际安装高程为649.26m（大沽基面表示），相较于历史最高水位646.10m，高出了3.16m。
吴堡水文站进行比测试验的河段呈现顺直状态，这个河段的河势稳定且主流偏右，并且，断面流向与断面之间呈现垂直状态，以及实际夹角较小，并且，在比测试验的河段内设有基本水尺断面，这个水尺断面的左岸为斜坡、岸上为耕地、右岸为实砌护岸；而且，河床的左侧为淤土且下部为岩石、主槽为岩石且上面覆盖了1.5m-2.0m的砾石和泥沙、右侧部分为淤土砾石且下部为岩石。由于断面的冲淤变化处于3%-10%的范围之间，主槽稳定，主流主要在距离起点300m左右，水量较大时会向右偏移。
2、比测情况
吴堡水文站在进行雷达水位计比测试验过程中，雷达水位计每间隔6min采集一次数据，针对水位数据资料进行对比分析，由于在进行比测试验期间发生过洪水，相较于比测水位的实际变幅在2.21m左右，则水位处于636.22m-638.43m范围内，所以，在进行比测试验时，可以将水位的变幅情况进行划分，每个阶段的比测试验次数要保持在30次以上，以及在实际涨落的水面进行均匀分布，而这个阶段中，要保证比测试验资料的连续性和完整性。
与此同时，根据实验结果进行全面分析，其中，有5.2%的数据资料存在2cm的误差；有45.1%的数据资料存在1cm的误差；有43.3%的数据资料不存在误差，经过相关的计算处理可知置信水平在95%，且其不确定度为1.74cm，以及系统误差在0.24cm，通过数据分析和数据处理可知，比测试验中的变幅、次数、时限，都符合《水位观测标准》（GB/T50138-2010）中的相关要求“置信水平95%的综合不确定度为3cm，系统误差应为1cm”。
3、适应性评价
通过对雷达水位计在黄河中游水文测区的实际应用情况，进行综合性的全面分析可知：雷达水位计的置信水平为95%，且其综合不确定度小于2cm，以及其系统误差小于1cm，则雷达水位计仪器可以在黄河中游水文测区进行推广应用。
结语
随着我国科学技术的创新发展，促使我国相关行业的生产发展呈现自动化特点，而黄河中游测区的水位测量工作，也逐步呈现自动化发展趋势，这也使得雷达水位计逐步在黄河中游水文测区得到了广泛的应用。而雷达水位计属于非接触式设备，具有维护便捷、传输速度快、观测精度高等特点，并且，能够有效的避免各种环境影响因素的干扰，以及避免出现水位计的磨损老化现象，从而提高黄河中游水文测区测量数据的精准性。
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论文作者:1郭丽伟,2郭成山,3常桂荣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
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