克斯?fàn)?·卡合曼，謝 葆

(新疆巴音郭楞水文水資源勘測局，新疆巴音郭楞841000)

誤差理論是一種研究各種測量值精度的數(shù)學(xué)方法，隨著人類認(rèn)識能力的不斷發(fā)展，人們對測量結(jié)果準(zhǔn)確度的要求愈來愈高。作為水文基礎(chǔ)科學(xué)的一個重要內(nèi)容流量測驗，對測驗誤差中的各種測量的可能誤差范圍進(jìn)行估算和評價，從而設(shè)法定量地評價流量測驗精度，以進(jìn)一步提高流量測驗精度，滿足水資源的開發(fā)利用和水利水電工程設(shè)計與施工對流量測驗資料的各種要求，為防洪抗旱預(yù)報提供可靠精確的依據(jù)。

1 流量測驗誤差

流量測驗誤差可分為隨機(jī)誤差、未定系統(tǒng)誤差、已定系統(tǒng)誤差和偽誤差。隨機(jī)誤差，按正態(tài)分布，采用置信水平為95%的隨機(jī)不確定度描述。未定系統(tǒng)誤差，采用置信水平不低于95%的系統(tǒng)不確定度描述。已定系統(tǒng)誤差，應(yīng)進(jìn)行修正。含有偽誤差的測量成果必須剔除。不確定度的數(shù)值應(yīng)以百分?jǐn)?shù)表示。

當(dāng)采用流速儀法測流時，其誤差應(yīng)包括下列內(nèi)容:(1)測深誤差和測寬誤差:測深誤差和測寬誤差由觀讀的隨機(jī)誤差和儀器本身所造成的未定系統(tǒng)誤差組成。(2)流速儀檢定誤差:流速儀檢定誤差由檢定的隨機(jī)誤差和儀器本身在測量中所造成的未定系統(tǒng)誤差組成。(3)由測點有限測速歷時導(dǎo)致的誤差:流速儀法測流由測點有限測速歷時導(dǎo)致的流速脈動誤差(簡稱Ⅰ型誤差)，為隨機(jī)誤差。(4)由測速垂線測點數(shù)目不足導(dǎo)致的垂線平均流速計算誤差:測速垂線測點數(shù)目不足導(dǎo)致的垂線平均流速計算規(guī)則誤差(簡稱Ⅱ型誤差)，由隨機(jī)誤差和已定系統(tǒng)誤差組成。(5)由測速垂線數(shù)目不足導(dǎo)致的誤差:測速垂線數(shù)目不足導(dǎo)致的誤差(簡稱Ⅲ型誤差)，由隨機(jī)誤差和已定系統(tǒng)誤差組成。

流速儀法的流量測驗總不確定度應(yīng)由流量測驗總隨機(jī)不確定度和總系統(tǒng)不確定度組成，并應(yīng)按下列規(guī)定估算:

1)總隨機(jī)不確定度應(yīng)按下式估算:

式中:X＇Q為流量總隨機(jī)不確定度(%);X'm為斷面Ⅲ型隨機(jī)不確定度(%);X'e為斷面Ⅰ型隨機(jī)不確定度(%);X'p為斷面Ⅱ型隨機(jī)不確定度(%);X'c為斷面的流速儀率定隨機(jī)不確定度(%);X'd為斷面的測深隨機(jī)不確定度(%);X'b為斷面的測寬隨機(jī)不確定度(%)。

2)總系統(tǒng)不確定度應(yīng)按下式估算:

式中:X″Q為流量總系統(tǒng)不確定度(%);X″c為測寬系統(tǒng)不確定度(%);X″b為測深系統(tǒng)不確定度(%);X″d為流速儀檢定系統(tǒng)不確定度(%);

3)總不確定度應(yīng)按下式估算:

式中:XQ為流量總不確定度(%)。

流量測驗成果應(yīng)采用實測流量、總不確定度和已定系統(tǒng)誤差三項數(shù)據(jù)表達(dá)。流速儀法的流量已定系統(tǒng)誤差可按下式估算:

式中:μ^Q為流量已定系統(tǒng)誤差(%);μ^m為Ⅲ型誤差的已定系統(tǒng)誤差(%);μ^s為斷面Ⅱ型誤差的已定系統(tǒng)誤差(%)。

《河流流量測驗規(guī)范》(GB 50179－93)，是全國水文站流量測驗方法與分析計算方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。是為保證流量測驗精度和提供可靠的基礎(chǔ)資料而制定的規(guī)范。但是在查算各種誤差時，必須內(nèi)插或是取上限值和下限值。使用起來比較繁瑣，而且內(nèi)插都是直線插補，人為誤差較大。通過相關(guān)分析，有些數(shù)值不一定都是線性相關(guān)，而對數(shù)和指數(shù)相關(guān)關(guān)系比線性要好。在對各類誤差相關(guān)分析時，一、二、三類精度的水文站，做了一點法的各類誤差分析。采用相關(guān)最好的函數(shù)作為計算依據(jù)。對《河流流量測驗規(guī)范》(GB 50179－93)中的各類誤差查算表進(jìn)行了統(tǒng)計分析工作，將查算表轉(zhuǎn)換成相關(guān)方程，通過解方程直接計算出各類誤差值。但這些方程求解起來比較困難，而且容易出現(xiàn)計算錯誤?？梢岳肊XCLE表格與VBA語言編寫程序進(jìn)行計算。以斷面Ⅲ型隨機(jī)不確定度計算表為例，如表1，先設(shè)m的初始值為整數(shù)“0”或“1”，得出方程初始值，設(shè)立“按鈕”，輸入實際值，按“按鈕”計算。就方便、迅速、準(zhǔn)確得到方程值。如此這樣，計算出各分值，再算出流量總不確定度。

2 實例

現(xiàn)以塔里木河吾斯?jié)M水文站為例計算說明。烏斯?jié)M水文站位于巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣喀爾曲尕鄉(xiāng)，地理位置為東經(jīng)85°28'，北緯40°58'。其距上游英巴扎水文站179 km，距下游恰拉水文站219 km。測站觀測項目有:水位、水溫、流量、懸移質(zhì)泥 沙等。主河道為自然河道，測流斷面寬度約100 m。

表1 斷面Ⅲ型隨機(jī)不確定度計算表

表2 吾斯?jié)M水文站流速儀法流量總不確定度計算成果表

計算結(jié)果如表2。從計算結(jié)果可得:烏斯?jié)M水文站斷面高、中水位總隨機(jī)不確定度、系統(tǒng)誤差符合規(guī)范要求，但寬深比較大，說明流量測驗值精度較高，符合規(guī)范要求;低水位系統(tǒng)誤差偏小，而寬深比較小，流量測驗值精度較低，需要分析，找出誤差原因，改進(jìn)測驗方法。

3 結(jié)語

流速儀法的流量測驗總不確定度計算時，參數(shù)較多。人工計算，費時，費力，比較困難，容易出錯。而采用EXCLE表格及其VBA程序結(jié)合計算條理清晰，計算方法簡便，計算成果精度高。給流量測驗工作提供方便，提高工作效益。

［1］GB 50179－93河流流量測驗規(guī)范 1994－02－01實施 中國計劃出版社