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        水文測驗(yàn)工作中的誤差類型及防治措施

        2022-06-30 06:29:32
        低碳世界 2022年4期
        關(guān)鍵詞:水文測驗(yàn)測流垂線

        胡 斌

        (湖南省永州水文水資源勘測中心,湖南永州 425000)

        0 引言

        水文測驗(yàn)工作是一項(xiàng)復(fù)雜性較高的科研工作,其測驗(yàn)結(jié)果由于容易受到多方因素影響,一般存在誤差。為使水資源管理工作更加科學(xué)、合理,就要解決水文測驗(yàn)中存在的問題,盡量減少測驗(yàn)誤差。不同原因?qū)е碌恼`差不同,本文著重分析了水文測試誤差的類型,并分析了各種誤差的防治措施。

        1 水文測驗(yàn)中常見的誤差類型

        1.1 自然性誤差

        因水文測驗(yàn)的空間、時(shí)間等因素都存在差異,所以對(duì)資源進(jìn)行分析時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差,且這種誤差是無法避免的,這類誤差屬于水文測驗(yàn)中自然性誤差。參考目前水文測驗(yàn)實(shí)際開展的有關(guān)文獻(xiàn),可把誤差類型歸結(jié)為地理性誤差和氣候性誤差。

        1.1.1 地理性誤差

        對(duì)某一河流的水文測驗(yàn)結(jié)果會(huì)受河流流域位置、大小、所處海拔、地下水位等多種因素的影響。例如,黃河和長江都流經(jīng)青海和四川兩省,但是對(duì)流經(jīng)這兩省的黃河和長江的水資源進(jìn)行水文測驗(yàn),其結(jié)果是不同的。另外,即使是針對(duì)同一條河流水文測試,因?yàn)楹恿鞑煌恢玫母黜?xiàng)參數(shù)不同,結(jié)果也不盡相同。例如,黃河在甘肅省所測得的水文測驗(yàn)結(jié)果和其在河南省所測得的水文測驗(yàn)結(jié)果是不同的。

        1.1.2 氣候性誤差

        在開展水文測驗(yàn)工作的過程中,氣候性誤差也非常常見。氣候性誤差對(duì)水文測驗(yàn)結(jié)果所造成的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:首先,夏季檢測工作和冬季檢測工作的溫度不同,導(dǎo)致最終的水文檢測結(jié)果不同;其次,在水文檢測工作中,對(duì)河流含沙量的檢測是一項(xiàng)重要內(nèi)容,春夏季節(jié)河流流量較大,流速較快,所以泥沙含量較大,而秋冬季節(jié)河流流量較小,流速較慢,所以泥沙含量較小。

        1.2 人為性誤差

        人為性誤差是主觀性的,自然性誤差是客觀性的,客觀性是無法避免的,主觀性是可以避免的。人為性誤差可把其歸結(jié)為技術(shù)性誤差和計(jì)算性誤差兩類。

        1.2.1 技術(shù)性誤差

        在進(jìn)行水文檢驗(yàn)時(shí),人類不能違背自然規(guī)律,人類和自然應(yīng)該和諧相處,而和諧相處需要科技不斷發(fā)展,并且人類文明跟隨著科技的發(fā)展而發(fā)展。但是,在實(shí)際中,水文檢測工作的精度普遍存在偏差,應(yīng)用的技術(shù)水平也是參差不齊的,所以導(dǎo)致了檢測結(jié)果存在很多誤差,特別對(duì)水文中的流沙量、沖擊量和流量的檢測都出現(xiàn)了誤差。不僅如此,分析標(biāo)準(zhǔn)也存在很大的誤差。例如,利用人工和數(shù)字化程序?qū)^(qū)域水流含沙量進(jìn)行測試的測試結(jié)果往往存在不同,這是水文測驗(yàn)技術(shù)性誤差的代表。

        1.2.2 計(jì)算性誤差

        在實(shí)際水文測驗(yàn)過程中,專業(yè)技術(shù)員務(wù)必須根據(jù)河流流動(dòng)的規(guī)律從整體角度進(jìn)行計(jì)算和分析,以便最終得出比較精確的水文測驗(yàn)結(jié)果。檢測人員在對(duì)水文進(jìn)行分析檢測時(shí),獲取的信息和數(shù)據(jù)不完整,這會(huì)影響分析結(jié)果,使結(jié)果不精準(zhǔn)。再者,檢測人員在實(shí)際檢測時(shí)所采用的算法不同,他們各自站在自己的角度去分析,也會(huì)使檢測結(jié)果出現(xiàn)誤差。

        2 有效解決水文測驗(yàn)各類誤差的方法

        2.1 尋找自然規(guī)律,規(guī)避自然性檢測誤差

        實(shí)踐人員只有詳盡地了解水文檢測的內(nèi)容,才能避免自然性因素帶來的檢測誤差。A地區(qū)的某主干河流全年流量參數(shù)如圖1所示。檢驗(yàn)人員在對(duì)該河流開展水文測驗(yàn)工作的過程中,應(yīng)根據(jù)該地區(qū)的降水量、海拔高度、河流流速和季節(jié)溫差等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,最終得出較為精準(zhǔn)的全年流量檢測結(jié)果,即1.9±0.33。進(jìn)行水文測驗(yàn)的工作人員應(yīng)站在綜合的地理角度分析,只有這樣才能保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        圖1 A地區(qū)的某主干河流全年流量參數(shù)

        2.2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新,循序漸進(jìn)減少技術(shù)誤差

        要想使水文測驗(yàn)中的技術(shù)性誤差問題得到有效解決,就要及時(shí)、高效地解決目前水文測驗(yàn)中存在的問題。而只有技術(shù)不斷創(chuàng)新,才能高效處理水文測驗(yàn)中存在的問題。例如,在進(jìn)行水文測驗(yàn)工作時(shí),利用新技術(shù)進(jìn)行檢測,具體有智能掃描、紅外探測、數(shù)字化程序等技術(shù),我國在水文檢測工作中要跟隨時(shí)代的進(jìn)步不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新,只有這樣才能避免技術(shù)水平不一而導(dǎo)致的誤差問題。另外,可以假設(shè)環(huán)境,并在不同時(shí)期進(jìn)行檢測,從中找出規(guī)律,進(jìn)而在實(shí)踐過程中根據(jù)這些規(guī)律改進(jìn)檢測技術(shù),例如,某種數(shù)字檢測儀在對(duì)河流的流沙量進(jìn)行檢測時(shí),±0.5的誤差最為常見,為避免誤差,可以在實(shí)際檢測時(shí),把±0.5的誤差作為初始值,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測驗(yàn)。

        2.3 綜合性檢測,高效避免計(jì)算類誤差

        要科學(xué)、合理地布設(shè)測試斷面,如圖2所示。另外,要進(jìn)行綜合性檢測,在此過程中,不僅要嚴(yán)格把控水文測驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié),保證每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度,也要在計(jì)算時(shí)合理應(yīng)用計(jì)算方法并確保計(jì)算結(jié)果精準(zhǔn)度。例如,含沙量的標(biāo)準(zhǔn)是±0.01 kg/m3,流沙量的標(biāo)準(zhǔn)是±0.01 m3/s,根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算公式可計(jì)算出結(jié)果,結(jié)果可以保留到小數(shù)點(diǎn)的第4位,這樣可以使計(jì)算數(shù)值和測驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。同時(shí),可對(duì)同一個(gè)區(qū)域中不同時(shí)間段的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從中分析產(chǎn)生誤差的原因,以便把誤差值降到最小[1]。例如,如果某地的水文檢測值一直都維持在±0.12左右,但某次檢測的數(shù)據(jù)是0.14,那么就要進(jìn)一步排查產(chǎn)生誤差的原因。

        圖2 測試斷面布設(shè)

        2.4 培養(yǎng)從業(yè)人員,進(jìn)行新老人員經(jīng)驗(yàn)對(duì)接工作

        水文檢測需要結(jié)合相關(guān)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),相關(guān)知識(shí)包括數(shù)學(xué)、地理、化學(xué)等,所以,如果實(shí)際操作人員的能力不足,也會(huì)導(dǎo)致檢測的結(jié)果存在誤差[2]。而且,經(jīng)驗(yàn)豐富和經(jīng)驗(yàn)欠缺的水文測驗(yàn)人員在檢驗(yàn)結(jié)果上會(huì)大不相同。為規(guī)避這類誤差問題的產(chǎn)生,既要提高水文檢測人員的能力,也要使其能力能夠發(fā)揮到位。在水文測驗(yàn)單位中,要將進(jìn)行水文測驗(yàn)的專業(yè)人員對(duì)接到位,保證相關(guān)工作人員的理論知識(shí)過硬,讓他們進(jìn)行有效的知識(shí)傳授,還要加快步伐培訓(xùn)新的檢測人員,在實(shí)際工作中提高他們的從業(yè)能力,豐富他們的工作經(jīng)驗(yàn),讓新員工能高效準(zhǔn)確地使用專業(yè)化水文測驗(yàn)設(shè)備(圖3),這樣才能使我國的水文檢測工作越來越嚴(yán)密和準(zhǔn)確,專業(yè)性越來越強(qiáng)。

        圖3 專業(yè)化水文測驗(yàn)設(shè)備

        3 具體工作方法

        3.1 防治措施

        (1)要對(duì)所使用的儀器、設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的校調(diào),規(guī)避因設(shè)備因素而產(chǎn)生的誤差。

        (2)要加強(qiáng)對(duì)施測方法的把控??茖W(xué)合理地布置測速垂線上的測速點(diǎn)位置,避免由于測速點(diǎn)位置布置不合理而產(chǎn)生的誤差。斷面的測深垂線測速垂線要盡可能保持一致,而且還要把斷面的測深測速垂線的位置固定好,若斷面沖淤垂線,就要在實(shí)際測流的過程中及時(shí)調(diào)整垂線的位置,并且要根據(jù)淤積變化對(duì)岸邊垂線的位置進(jìn)行調(diào)整。如果想把測深垂線和測速垂線布設(shè)在沖淤多變的斷面中,可以增加相應(yīng)的輔助垂線,但是輔助垂線要加在水深最大、轉(zhuǎn)折和流速最大的地方[3]。在進(jìn)行斷面測線的布設(shè)過程中,務(wù)必根據(jù)實(shí)際的測流要求確定測線的條數(shù)和每條測線上測點(diǎn)的數(shù)量。另外,布置測線要科學(xué)合理,既要確保測線垂直的數(shù)量準(zhǔn)確,又要確保測線的位置精準(zhǔn),只有這樣才能高效地避免在實(shí)際測流過程中產(chǎn)生的誤差。

        (3)要把握好測流的時(shí)機(jī),盡可能避開紊流,進(jìn)而提高測流的精準(zhǔn)度。

        3.2 超聲波法測流誤差控制措施

        要想用超聲波法對(duì)測流誤差進(jìn)行高效的把控,可從以下3個(gè)方面著手。

        (1)根據(jù)測流的具體要求選擇合適精度等級(jí)的超聲波流量計(jì)(圖4)。對(duì)于精度要求很高的水文測驗(yàn)項(xiàng)目,可以使用精度等級(jí)很高的流量計(jì);而對(duì)精度要求不高的水文測驗(yàn)項(xiàng)目,可以采用精度等級(jí)較低的流量計(jì),從而減少因儀器選擇不當(dāng)而產(chǎn)生的誤差[4]。

        圖4 超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)

        (2)要重視流量計(jì)的日常維護(hù)和保養(yǎng),要定期完成探頭的清理工作,這樣可規(guī)避因儀器老化而產(chǎn)生誤差。

        (3)及時(shí)調(diào)整探頭的位置,以增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度,保證信號(hào)強(qiáng)度的穩(wěn)定性,進(jìn)而規(guī)避因瞬時(shí)流量波動(dòng)大而產(chǎn)生的誤差。如果流體的波動(dòng)很大,可以選擇一個(gè)新位置放置流量計(jì),進(jìn)而縮減誤差??梢杂寐曀僬`差補(bǔ)償?shù)姆绞揭?guī)避溫度對(duì)超聲波法的測流精度產(chǎn)生的影響[5]。當(dāng)水溫在0~50℃時(shí),可以利用式(1)的擬合公式對(duì)于聲速進(jìn)行擬合;當(dāng)水溫在50~100℃時(shí),可以利用式(2)的擬合公式對(duì)聲速進(jìn)行擬合,然后把擬合得到的超聲波速度運(yùn)用到計(jì)算中,這樣不僅能提高測流的精準(zhǔn)度,還能盡可能減少誤差。

        4 結(jié)語

        水文測驗(yàn)工作開展的過程中,會(huì)有很多方面因素的干擾,因此,結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)不可避免的誤差。雖然不能把誤差歸零,但是也要最大限度地將誤差減小。本文系統(tǒng)地分析水文測驗(yàn)工作產(chǎn)生誤差的因素,并針對(duì)這些誤差問題提出了有效的措施,進(jìn)而保證水資源管理工作的正常運(yùn)行。

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