亞力坤·馬合木提

(昌吉水文水資源勘測局，新疆昌吉831100)

水文測驗的誤差分析及其對策

亞力坤·馬合木提

(昌吉水文水資源勘測局，新疆昌吉831100)

水文測驗工作對水資源的有效管理有著重要的現(xiàn)實意義，而在水文測驗工作中，常常需要測量來完成信息的收集與整理。同時，又因為當(dāng)前我國科技水平的限制，使得水文測驗工作中存在著一定的誤差。誤差的產(chǎn)生是必然的，但是，為了提高我國水文測驗工作的準確性，要盡量縮小誤差的范圍。因此，文章在探究影響水文測驗工作中測量誤差的各種因素的基礎(chǔ)上，對水文測驗工作中的具體誤差進行了分析并提出了相應(yīng)的限制方法。

水文測驗;誤差分析;對策

0 前言

在水文測驗工作中，我們常常需要通過大量的測量工作來完成對流域內(nèi)各種信息的采集與整理。而由于當(dāng)前科技水平的限制，對于水文情況的測量往往與其的真實數(shù)值有所差距，這種情況，在數(shù)理統(tǒng)計中叫做誤差［1］。

盡管，測量結(jié)果中的誤差是必然的，但仍需對測量誤差進行控制，使其能夠控制在一定的范圍之內(nèi)，從而提高水文測驗工作的準確性。

所以，現(xiàn)階段，要對測量誤差的分類進行探究，并在此基礎(chǔ)上，分析水文測量工作總的誤差來源，以進一步探討這些誤差的限制方法。

1 誤差理論

關(guān)于誤差的術(shù)語及理論歷史較長，也為廣大計量工作者所熟悉。但由于原來的誤差定義操作性不是很強，致使各個領(lǐng)域的理解和應(yīng)用存在著一定的異，甚至于產(chǎn)生不應(yīng)有的錯誤。目前在《VIM》和《通用計量術(shù)語及定義》JJF1001—1998中，誤差的定義是:測量結(jié)果減去被測量的真值。當(dāng)有必要與相對誤差相區(qū)別時，此術(shù)語有時稱為測量的絕對誤差。注意不要與誤差的絕對值相混淆，后者(誤差的絕對值)為誤差的模。誤差之值只取一個符號，非正即負。由于真值不能確定，實際上用的是約定真值。誤差應(yīng)該是一個確定的值，是客觀存在的測量結(jié)果與真值之差。但由于真值往往不知道，故誤差無法準確得到。誤差與不確定度是完全不同的兩個概念，不應(yīng)混淆或誤用。對同一被測量無論其測量程序、條件如何，相同測量結(jié)果的誤差相同;而在重復(fù)性條件下，則不同結(jié)果可有相同的不確定度。

2 水文測驗工作中的誤差分類

水文測驗工作中的誤差分為偽誤差、系統(tǒng)誤差和偶然誤差3類。

2.1 偽誤差

由于測驗人員的粗心大意，或者是測驗設(shè)備的故障所造成的測量誤差，稱為“偽誤差”。對于測驗工作中對信息數(shù)據(jù)的測量錯誤、讀數(shù)錯誤、記錄錯誤、計算錯誤等，這些不該存在的誤差，就是偽誤差。

這一類的誤差，在實際工作中，可以通過檢查與驗算等方式被及時有效地發(fā)現(xiàn)并糾正，否則將會對水文測驗工作帶來極為不利的負面影響。在實際的水文測驗工作中，偽誤差是不允許存在的［2－3］。

2.2 系統(tǒng)誤差

由于水文測驗工作測量設(shè)備或測量條件中的某些特定因素的系統(tǒng)性影響，導(dǎo)致測量結(jié)果中存在的誤差，就是系統(tǒng)誤差。

實際工作中，在相同測量條件中的多次測驗中，系統(tǒng)誤差的大小與符號也是常常變化的，有時其還會呈現(xiàn)出一種特定規(guī)律的系統(tǒng)性變化［4］。

一般情況下，在相同的測量條件與工作程序中的系統(tǒng)誤差，一般在數(shù)值上呈現(xiàn)一定的函數(shù)規(guī)律。

產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的影響因素有很多。比如說，由于測驗人員的工作習(xí)慣，單方面認為測驗?zāi)繕酥禃谀骋淮危瑥亩沟脺y驗結(jié)果帶有一定的系統(tǒng)誤差，這一類的誤差，被稱為人為誤差。

由于測驗設(shè)備自身的誤差所導(dǎo)致的測驗結(jié)果誤差，則屬于儀器誤差。再者，風(fēng)向、風(fēng)力、溫度以及大氣折光等環(huán)境因素的影響，也會導(dǎo)致水文測驗工作中產(chǎn)生誤差［5－6］。

而要減小系統(tǒng)誤差，首先總結(jié)系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的規(guī)律，并設(shè)法計算出它的數(shù)值范圍，以盡量地將測驗結(jié)果準確化。

再者，還要改進測驗儀器的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合準確、規(guī)范的測驗方法來縮小系統(tǒng)誤差數(shù)值與真實值之間的差距，提高水文測驗結(jié)果的準確性。

系統(tǒng)誤差為在重復(fù)性條件下，對同一量進行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量真值之差。由于系統(tǒng)誤差及其原因不能完全獲知，因此通過修正值對系統(tǒng)誤差只能有限程度的補償。當(dāng)測量結(jié)果以代數(shù)和與修正值相加之后，其系統(tǒng)誤差之模會比修正前的要小，但不可能為零。

2.3 偶然誤差

在水文測驗工作中，各種偶然發(fā)生的隨機因素，對于測驗結(jié)果所產(chǎn)生的影響就被我們稱為偶然誤差，有時也稱為隨機誤差［7］。對于偶然誤差，其沒有特點的規(guī)律，但從偶然誤差的整體來看，其還是存在一定的統(tǒng)計規(guī)律的。

3 水文測驗工作中具體誤差的來源與限制方法分析

3.1 水位觀測的誤差分析與解決對策

3.1.1 回流、雍水以及風(fēng)浪引起的誤差

對于這一類的誤差，縮小其誤差范圍的主要方法具體有3種:

1)對測驗流域的特定階段進行實地考察與勘查，對于水尺的設(shè)置，也應(yīng)盡量避免回水、跌水以及漂浮物等對其所造成的誤差影響。

2)將水尺樁制作成流線形或是菱形，從而在一定程度上減小急湍對其造成沖擊，并降低雍水和晃動對其的測驗結(jié)果造成誤差的幾率。

3)避免風(fēng)浪對水尺造成影響。

3.1.2 水尺直接讀取時的人為誤差

這一類的誤差是由測驗人員自身的失誤所造成的，因此，在水文測驗工作中，測驗人員應(yīng)加強自身的嚴謹性，從而進一步提高水文測驗工作的準確性。

1)當(dāng)測驗人員觀測水位時，要蹲下身體，使視線盡量接近水面，最大程度地減小視覺誤差所造成的人為誤差［8］。

2)當(dāng)水文測驗工作進行時，受到風(fēng)浪的干擾，對于觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)該?。?次波峰與波谷讀數(shù)的均值作為水位的觀測值。

最重要的一點是，水文測驗工作的測驗人員在進行觀測與數(shù)據(jù)記錄時，應(yīng)時刻保持高度的謹慎性與高水平的職業(yè)素質(zhì)，從而最大程度地保持水文測驗工作的準確性。

3.2 流量測驗的誤差分析與解決對策

對于水文測驗工作中的流量測驗，常用的方法是用常規(guī)流速儀來測驗流量。而采用常規(guī)流速儀來對流量進行測驗時，其所產(chǎn)生的誤差主要包括7個方面。

1)垂線各層的檢測點在進行有限測速時，檢測時間不足所造成的流速脈動影響測量誤差。

2)測量設(shè)備影響，即常規(guī)流速儀的性能不佳給測量工作造成的誤差影響。

3)測流斷面設(shè)置的垂線數(shù)量不夠，所造成的測量誤差。

4)由于測速垂線的檢測點數(shù)量不足，從而導(dǎo)致了在進行垂線平均流速計算時，出現(xiàn)了誤差。

5)斷面面積的計算與測量誤差，而導(dǎo)致這一誤差出現(xiàn)的影響因素有，水位觀測不準確，斷面測量的測量誤差以及流域內(nèi)河流河床的自然變化等。

6)因為測試垂線的各個層次的觀測時間不同，而對于流速流向的推算又是以同一時刻的流量速度為基準，從而使得其存在了一定的誤差［9］。

7)水流紊流與回流影響。

由于造成流量測驗誤差的方面較多，所以，對于縮小其誤差范圍的方法也較多，本文所介紹的大體包括8類:

1)在對測流斷面進行選擇之前，應(yīng)改對實地現(xiàn)場進行考察與踏勘，從而選擇滿足順直、穩(wěn)定以及水流集中、沒有水草等條件的地方，從而便于對水文情況的觀測，以及容易設(shè)置測量設(shè)施的流域，以充分、有效地收集與整理有效的測區(qū)水深的地形資料。

2)對于流量測驗的常規(guī)流速儀，在其出廠之前就要對其進行嚴格的質(zhì)量檢驗，同時，在實際測驗過程中，還應(yīng)增加分級流速、不同水流和輸沙特性條件下的水文情況測驗，以最大程度地提高流量測驗的準確性。

3)盡量減少斷面面積測驗的影響因素，在實際的測驗工作中，水位觀測的不準確、斷面測量的誤差以及流域河道內(nèi)河床的自然變化等因素都會對斷面面積的流量計算產(chǎn)生一定的影響。

所以，要在實際操作中，加強對測驗環(huán)境與方法的具體實施，以切實加強水文測驗工作的有效性。

4)在實際工作中，切實根據(jù)水位漲落、河岸沖淤等具體測驗情況，來及時地調(diào)整或補充測速垂線。

5)在流速流向的觀測的同時，還要對斷面水深測量和水位河心比降進行測量，從而進一步提高對河心比降以及河床沖淤情況的準確掌握程度。

6)要切實降低流速脈動對測速精度的影響，要確保觀測點的測量時間≥100 s，同時，對于流速變率受潮水影響較大的流域階段，測量時間也≥50 s。

7)紊流是影響水流因子測量精度的介質(zhì)本性，而流速的紊流脈動速度和方向是不斷變化的，所以，其規(guī)律基本是從水面到水底開始逐漸增強的。但是，增加測量時間卻能夠有效地減弱水流紊流對流量測量精度的影響。

8)由于垂線各個層次觀測時間都不盡相同，所以，為了準確計算垂向的平均值，應(yīng)該首先繪制各個層次的實際測流速流向的過程曲線。然后再根據(jù)這一過程曲線來推算出各個測量點在同一時刻的流速流向。

同時，為了進一步減弱測流跳變點對過程曲線的影響，還需對突變點進行修勻，以最大程度地減小整點流速流向誤差對流量測驗的影響［10］。

3.3 懸移質(zhì)泥沙測驗的誤差分析與解決對策

對于水文測驗工作中的懸移質(zhì)泥沙測驗，其所產(chǎn)生的誤差一般包括隨機誤差和系統(tǒng)誤差兩種，而其誤差則主要來源于泥沙測驗儀器與垂線泥沙取樣方法的不同，泥沙脈動影響以及水樣處理方式的不同等。

而對于縮小泥沙測驗的誤差范圍，其具體的解決對策有以下5點:

1)在實際工作匯總，要盡量選擇管嘴積沙少、管壁黏沙少且沒有出現(xiàn)過突然灌注的測量儀器。同時，還應(yīng)在測驗之前，對儀器進行率定試驗，以盡力縮小誤差的范圍。

2)采用光電濁度儀，并結(jié)合烘干稱重法來對實驗進行反復(fù)檢驗，最終以其均值作為測驗結(jié)果。

3)對于測流測速試驗與泥沙測驗，應(yīng)盡量保持兩者在同一測驗垂線上進行，從而使得觀測層次以及觀測時間能夠保持一致性，以切實降低誤差與真實值之間的差距。

4)還可以在實際工作中，采用積時式采樣器來對泥沙進行采樣，這樣可以在一定程度上降低泥沙脈動所帶來的影響誤差。

5)還可以根據(jù)側(cè)沙斷面的情況來切實確定垂線的數(shù)量，同時，還應(yīng)保持垂線位置的均勻分布，從而更好地對斷面含沙量的變化情況進行有效掌握。

4 總結(jié)

在當(dāng)前的水文測驗工作中，信息數(shù)據(jù)的收集與整理不可避免地會在一定程度上受到誤差的影響。盡管在實際工作中，誤差是必然存在的，但我們?nèi)砸J真分析各種水文測驗工作中誤差的影響因素以及有效地限制對策，從而切實提高水文測驗結(jié)果的準確性，以增強我國水文測驗工作的實效性，保證我國水資源管理工作的有效進行。

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2014－03－18

亞力坤·馬合木提(1960－)，男，新疆和田人，高級工程師。