齊凱彬

摘 要：水文流量測驗(yàn)對于推動我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用，其主要內(nèi)容為科學(xué)監(jiān)測各個區(qū)域河流水力資源的動態(tài)變化情況，同時全面收集監(jiān)測數(shù)據(jù)。但是，水文流量測驗(yàn)?zāi)壳皹O易受到諸多因素的影響，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確，不符合實(shí)際情況。因此，深入研究水文流量測驗(yàn)，做好測量誤差控制，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水文;流量測驗(yàn);誤差

中圖分類號：P332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）06-0097-03

Error Analysis of Hydrological Discharge Measurement

QI Kaibin

（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： Hydrological discharge measurement plays an important role in promoting the development of China's national economy， its main content is to scientifically monitor the dynamic changes of river hydraulic resources in various regions， and at the same time comprehensively collect monitoring data. However， the hydrological discharge measurement is currently extremely susceptible to many factors， resulting in inaccurate measurement results that do not conform to the actual situation. Therefore， it is of great significance to study the hydrological discharge measurement in depth and to control the measurement error.

Keywords： hydrology;discharge measurement;error

在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程中，流域水資源數(shù)據(jù)具有重要的作用，它也是水文數(shù)據(jù)的主要組成部分之一[1-2]。影響流量資料質(zhì)量的因素繁多[3-6]，不僅包括測驗(yàn)方面的因素，也包括數(shù)據(jù)加工處理方法等方面的因素。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和資料整編方式的廣泛應(yīng)用，流量資料處理精度不斷提升。當(dāng)前，人們要重視水文流量測驗(yàn)，加強(qiáng)測量誤差的控制。

1 水文測驗(yàn)誤差對斷面流量、面積及流速的影響

對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展來說，流域水資源數(shù)據(jù)是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，流量資料是水文數(shù)據(jù)不可或缺的內(nèi)容，其精度對涉水工程設(shè)計(jì)效果及運(yùn)行質(zhì)量有較大的影響[7-9]。但是，影響流量資料質(zhì)量的因素繁多，不僅包括測驗(yàn)因素，也包括數(shù)據(jù)加工處理方法等方面的因素。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，信息化資料整編模式得到廣泛應(yīng)用，流量資料處理精度也得到明顯提升。目前，流量資料誤差的主要影響因素為水文流量測驗(yàn)誤差。河道流量計(jì)算公式為：

[Q=A×V]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[Q]為河道流量;[A]為河道斷面面積;[V]為河道斷面平均流速。

由式（1）可知，導(dǎo)致水文流量測驗(yàn)誤差的主要因素為面積誤差和流速誤差。

在進(jìn)行水文流量測驗(yàn)時，人們需要按照相關(guān)順序，測量各測點(diǎn)水深與測深垂線間距，進(jìn)而合理計(jì)算各個水流斷面的面積，通過相加得到最終的斷面總面積。通常，水文測驗(yàn)斷面的測深垂線間距保持不變，人們可以不記錄其誤差。水深觀測期間，測深桿進(jìn)入水中后，迎面水存在壅水情況。如果單單通過迎水面觀讀水深，就會導(dǎo)致觀讀值大于正常值。背水面因?yàn)闇y深桿阻水形成渦流，如果通過背水面進(jìn)行觀讀，就會導(dǎo)致觀讀值小于正常值。因此，人們需要采取正確的測量方法，通過側(cè)面讀取測深桿在水面位置的刻度值，并且對均值進(jìn)行多次測量，保證其接近真值[10-11]。

讀數(shù)誤差會導(dǎo)致水深發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致水流斷面面積發(fā)生變化，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。使用測深桿懸掛流速儀對斷面流速進(jìn)行測量的過程中，流速儀入水深度由完成測量的水深值決定，按照相應(yīng)的比例系數(shù)和計(jì)算深度值，人們從水面向下合理放置流速儀，因此水深觀讀誤差會導(dǎo)致流速儀入水深度產(chǎn)生誤差。同時，斷面垂線上，深度不一的水流速度分布形式各不相同，因此又形成了流速測量誤差。面積誤差和流速誤差共同組成了流量計(jì)算誤差。水文流量測驗(yàn)實(shí)物圖如圖1所示。

2 水文測驗(yàn)誤差的常見類型

2.1 系統(tǒng)誤差

導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的因素較多，例如，測驗(yàn)方法制定是否合理、測驗(yàn)儀器精度是否準(zhǔn)確、測驗(yàn)儀器是否滿足測驗(yàn)要求、操作是否規(guī)范合理等[12-14]。上述因素的共性便是反復(fù)性強(qiáng)，易多次出現(xiàn)，并且具有一定的規(guī)律性。因此，水文測驗(yàn)人員可以采取多次試驗(yàn)對比、儀器定期檢測、加大培訓(xùn)力度等方式，減少誤差發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 偶然誤差

偶然誤差主要是指水尺讀取過程中形成的誤差和回流、風(fēng)浪等導(dǎo)致的誤差[15-17]。水文測驗(yàn)具有一定的復(fù)雜性，內(nèi)容繁多，包括水位、流沙含量等因素，它們對水文測驗(yàn)的有效性產(chǎn)生較大的影響。水文測驗(yàn)極易受到自然因素的影響，所以難以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果在極端天氣進(jìn)行水文測驗(yàn)，就要保證觀測值精確至厘米級。人們需要保證視線和水平面平行，減少折光造成的誤差。

2.3 模型誤差

現(xiàn)如今，我國水污染依然比較嚴(yán)重，因此水處理技術(shù)的要求不斷提高。水文測驗(yàn)人員不僅需要全面掌握設(shè)備操作方法，還需要提高信息化技術(shù)的利用水平，如超聲波技術(shù)等，保證水文測驗(yàn)的精準(zhǔn)性。隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，水文報(bào)告已從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)化為信息化、數(shù)字化模式，所以人們需要深入學(xué)習(xí)，優(yōu)化水文測驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型，不斷降低模型誤差，提高系統(tǒng)存儲量，保證測算的準(zhǔn)確性[18-19]。

3 水文測驗(yàn)誤差的有效控制措施

3.1 進(jìn)一步提高水文測驗(yàn)的精準(zhǔn)性

當(dāng)前，人們需要加強(qiáng)對互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為水文測驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供技術(shù)保障，同時及時反饋和分析水文測驗(yàn)誤差問題，將其作為典型案例，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，為日后工作的開展提供數(shù)據(jù)參考，保證水文區(qū)域差異性、水體差異性兩者的動態(tài)平衡。水文測驗(yàn)人員需要不斷提高專業(yè)能力，強(qiáng)化責(zé)任意識，提高工作的主動性。首先，要選擇有利的氣象條件進(jìn)行水文測驗(yàn)，盡量避免在風(fēng)浪中進(jìn)行測量，尤其是深水作業(yè)過程中需要注意氣象、周邊環(huán)境對測量的影響。其次，要選擇精度較高的儀器設(shè)備進(jìn)行測量，提高水文測驗(yàn)的準(zhǔn)確性。最后，要對測驗(yàn)儀器進(jìn)行定期維護(hù)和檢查，確保其始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，并及時更換老化和故障嚴(yán)重的儀器，避免影響水文測驗(yàn)，減少誤差。

3.2 強(qiáng)化水文站網(wǎng)的服務(wù)功能

一般來說，水文測驗(yàn)的周期較長，所以人們需要全面監(jiān)控水文要素，分析其變化情況，采取有效的處理措施，做好全面分析和計(jì)算，詳細(xì)記錄最終得到的數(shù)據(jù)，有效預(yù)防問題。因此，各地政府要提高對水文站建設(shè)的重視度，加大資金支持力度;建立專門的培訓(xùn)機(jī)制，保證工作人員能夠全面掌握先進(jìn)的水文測驗(yàn)技術(shù);優(yōu)化和完善基礎(chǔ)設(shè)施，引入高性能的先進(jìn)設(shè)備，不斷提高水文測驗(yàn)水平[20-21]。

3.3 強(qiáng)化專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)，不斷提高工作人員的綜合素質(zhì)

人才隊(duì)伍建設(shè)主要包括兩個方面，一是管理人才隊(duì)伍的建設(shè)，二是水文測驗(yàn)專業(yè)人才隊(duì)伍的建設(shè)。在這一過程中，要加大水文站改革力度，不斷優(yōu)化和完善管理模式。首先，要定期組織工作人員參與專業(yè)技能培訓(xùn)活動，不斷提高工作質(zhì)量和工作效率，做好個人素質(zhì)教育，強(qiáng)化其責(zé)任意識，使工作人員不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高專業(yè)操作能力，進(jìn)而不斷豐富工作模式，為水文測驗(yàn)工作的順利進(jìn)行奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。其次，要建立完善的水文應(yīng)急監(jiān)測機(jī)制，為防洪抗險(xiǎn)提供人才保障。最后，以完善組織機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，深入了解各個水文站設(shè)備管理情況，科學(xué)制定應(yīng)急預(yù)案，強(qiáng)化人才隊(duì)伍建設(shè)。

3.4 定期檢查相關(guān)儀器和設(shè)備，做好保養(yǎng)工作

在進(jìn)行水文測驗(yàn)前，工作人員首先需要對儀器、設(shè)備等進(jìn)行全面檢查，確保其處于正常使用狀態(tài)，有效防止誤差問題的出現(xiàn)。其次，要對其功能進(jìn)行全面檢查，確保其滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，如果存在問題，就要及時進(jìn)行解決。最后，要合理調(diào)整儀器與設(shè)備，測驗(yàn)前對其進(jìn)行校正，保證刻度的準(zhǔn)確性。除此之外，人們需要定期對儀器與設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，及時更換老舊設(shè)備[22]。

3.5 提高水文流量監(jiān)測水平，減少人類活動的影響

水電站日常運(yùn)行階段，人們需要保證配套設(shè)施發(fā)揮其作用，如城市攔河樞紐。但是，人類活動可能會影響水文要素變化規(guī)律，為了降低其造成的影響，管理部門需要充分掌握當(dāng)?shù)厣嫠こ滔嚓P(guān)情況，嚴(yán)密監(jiān)控水位變化情況，全面分析水文要素變化后的水文流量變化規(guī)律。人們要結(jié)合原始數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析變化后的數(shù)據(jù)，對兩者進(jìn)行對比，然后進(jìn)行總結(jié)。另外，人們需要充分了解水文測驗(yàn)工作現(xiàn)狀，詳細(xì)分析水電站活動及人類活動對水文測驗(yàn)造成的影響，根據(jù)所處位置，深入考慮流域內(nèi)的環(huán)境因素，合理劃分流域斷面結(jié)構(gòu)，加大法律法規(guī)宣傳力度，提高水文流量監(jiān)測水平。

4 水道斷面測量誤差分析

4.1 水深測量

水深測量是水文站測量工作的主要內(nèi)容之一，具有重要意義。目前，水文站多使用浮子式水位計(jì)監(jiān)測法，數(shù)據(jù)會出現(xiàn)偏差，主要原因?yàn)楦∽邮剿挥?jì)豎井前存在壅水，并且豎井進(jìn)水孔被雜物堵塞，除此之外，浮子式編碼傳感器、懸索的穩(wěn)定性也是影響測定結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。為了有效提高測量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，減少偏差，水文站可以不再使用浮子式水位計(jì)，而是選用雷達(dá)式水位計(jì)。工作人員要嚴(yán)格遵守相關(guān)程序和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，有效解決浮子式水位計(jì)引起的測量誤差。

4.2 水面寬度測量

為了有效控制誤差，汛期來臨前，水文站通常會采取措施糾正測深、測速垂線等參數(shù)，確保其設(shè)置的合理性。為了進(jìn)一步降低水面寬度測量誤差，人們需要使用全站儀全面監(jiān)測大斷面和測流垂線，明確誤差的影響因素，如汛期水位、測量時間等[22]，不斷提高監(jiān)測精度。水面寬度測量實(shí)物圖如圖2所示。

5 結(jié)語

水文流量數(shù)據(jù)是十分重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但是受諸多因素的影響，水文流量測驗(yàn)容易出現(xiàn)較大的誤差。因此，人們需要切實(shí)掌握和合理使用水文流量測驗(yàn)方法，不斷提高自身技能和設(shè)備操作水平，有效提高水文測驗(yàn)的準(zhǔn)確性，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]張林.淺談水文測驗(yàn)的誤差類型及各類誤差的解決方法[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（22）：4763.

[2]夏文斐.淺談水文測驗(yàn)的誤差類型及各類誤差的解決方法[J].甘肅科技，2018（6）：25-26.

[3]王麗.水文監(jiān)測中ADCP流量測驗(yàn)與誤差控制[J].河南水利與南水北調(diào)，2019（2）：34-35.

[4]寧波.水文測驗(yàn)的誤差類型及各類誤差的解決方法[J].能源與節(jié)能，2016（5）：103-104.

[5]杜亞南，張良平，游目林.鋼鐵材質(zhì)浮標(biāo)對ADCP水文監(jiān)測系統(tǒng)流量測驗(yàn)精度的影響[J].水利水電科技進(jìn)展，2017（1）：55-59.

[6]趙敬瑛.基于水文測站測流垂線精簡試驗(yàn)分析研究[J].黑龍江水利科技，2020（11）：35-39.

[7]王建英，黃德武.基于插值法和擬合法的水文大斷面繪制方法[J].人民長江，2020（11）：92-96.

[8]包晶.樅陽閘水文站堰閘流量巡測可行性論證分析[J].陜西水利，2020（11）：44-46.

[9]夏冰杰，劉蓬，林增超.臧格莊水文站枯水期流量測驗(yàn)精度探討[J].治淮，2020（11）：94-96.

[10]張志斌.非接觸式高頻雷達(dá)測流系統(tǒng)在遼寧中小河流自動測驗(yàn)中的改進(jìn)應(yīng)用[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2020（6）：36-42.

[11]孟憲靜，岳云奎.走航式ADCP法流量測驗(yàn)在黃河下游的應(yīng)用研究[C]//2020（第八屆）中國水生態(tài)大會，2020.

[12]鄭鵬.葫蘆島地區(qū)水文測站流量測驗(yàn)垂線精簡分析[J].水土保持應(yīng)用技術(shù)，2020（5）：53-55.

[13]黃國新，胡玲玲，賀春發(fā).GPS技術(shù)在走航式ADCP高洪測驗(yàn)中的應(yīng)用實(shí)例研究[J].江西科學(xué)，2020（5）：716-720.

[14]汪海洋.利用電波流速儀最佳性能進(jìn)行流量測驗(yàn)的探討[J].河南水利與南水北調(diào)，2020（9）：34-35.

[15]雒儀.S3-SVR型雷達(dá)波流速儀在涇河上游流域測驗(yàn)適用性分析[J].陜西水利，2020（9）：27-28.

[16]蔣國民，李克，于詢鵬.談廣場西溝水文站流量自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)[J].山東水利，2020（8）：51-52.

[17]趙文榮，劉偉莉.走航式ADCP在黃河巴彥高勒水文站的應(yīng)用研究[C]//2020年（第八屆）中國水利信息化技術(shù)論壇，2020.

[18]馬富明.水文流量監(jiān)測新技術(shù)設(shè)備運(yùn)用現(xiàn)狀與改進(jìn)方法：以福建省為例[J].水文，2020（2）：66-71.

[19]楊芳.屯溪水文站流量測驗(yàn)方法精簡分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2020（23）：129-130.

[20]杜興強(qiáng)，秦凱，楊成，等.湖北清江高壩洲水文站流量自動化監(jiān)測實(shí)踐[J].水利水電快報(bào)，2020（7）：14-17.

[21]馮克蘭.水文監(jiān)測中ADCP流量測驗(yàn)與誤差控制分析[J].陜西水利，2020（4）：46-47.

[22]占承德，王翠銀，余夢暉.移動式雷達(dá)波測流系統(tǒng)在中小河流中的應(yīng)用分析：以橫路水文站為例[J].江西水利科技，2020（3）：219-224.