郭 成

（運(yùn)城市水文水資源勘測(cè)站 山西運(yùn)城 044000）

在開(kāi)展水文測(cè)驗(yàn)工作中，測(cè)流是最基礎(chǔ)的工作，在實(shí)際測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，主要是由技術(shù)人員借助儀器設(shè)備開(kāi)展數(shù)據(jù)收集，可能會(huì)受到人、設(shè)備、環(huán)境因素等多方面影響，造成水文測(cè)驗(yàn)結(jié)果不符合實(shí)際數(shù)值，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。客觀來(lái)看，誤差的存在難以避免，但在實(shí)際工作中為保證測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，應(yīng)當(dāng)采取合理手段進(jìn)行誤差控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的有效管理。

1 水文測(cè)驗(yàn)中存在的誤差類(lèi)型

1.1 偽誤差

誤差是測(cè)量結(jié)果和被測(cè)量真值之間的差值，在對(duì)誤差進(jìn)行分析時(shí)，通常建立在測(cè)量結(jié)果獲取符合測(cè)量要求的基礎(chǔ)之上。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中受到各類(lèi)因素的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)人員數(shù)值讀取錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)計(jì)算錯(cuò)誤等情況，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生[1]。此類(lèi)誤差產(chǎn)生主要是由于忽略測(cè)量要求，因此被稱(chēng)之為偽誤差。在開(kāi)展水文測(cè)量工作時(shí)，偽誤差通常會(huì)造成測(cè)量結(jié)果嚴(yán)重偏差，導(dǎo)致測(cè)量進(jìn)度受到影響，為盡可能減少此類(lèi)情況的出現(xiàn)，必須嚴(yán)格遵守各類(lèi)測(cè)量規(guī)范以及操作流程，通過(guò)對(duì)影響誤差多個(gè)因素的不斷規(guī)范，減少偽誤差的出現(xiàn)。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量人員必須對(duì)數(shù)據(jù)嚴(yán)格讀取與計(jì)算，避免誤差的出現(xiàn)，并通過(guò)檢查以及驗(yàn)算的方式控制偽誤差。

1.2 系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差主要是指由于測(cè)量設(shè)備或測(cè)量條件中某些特定因素的影響引起的誤差[2]。在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量工作時(shí)，即使是在相同條件下進(jìn)行多次測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果與真實(shí)結(jié)果之間也存在誤差，因此系統(tǒng)誤差在數(shù)值、符號(hào)等方面也會(huì)有所差異，并會(huì)發(fā)生一定的函數(shù)規(guī)律變化。人為、儀器、環(huán)境等方面的影響，這是造成系統(tǒng)誤差的主要原因。1）人為誤差是測(cè)驗(yàn)人員受到自身測(cè)量習(xí)慣影響，認(rèn)為測(cè)量目標(biāo)值相較于某次測(cè)量而導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的出現(xiàn)；2）儀器誤差則是由于儀器設(shè)備本身存在相應(yīng)問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果受到影響；3）環(huán)境誤差是由于自然環(huán)境條件不符合要求所產(chǎn)生的誤差，如氣壓、溫度、風(fēng)力、大氣等客觀因素。為實(shí)現(xiàn)對(duì)水文測(cè)驗(yàn)中誤差的有效控制，首先應(yīng)當(dāng)積極總結(jié)人為因素導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的規(guī)律，利用數(shù)學(xué)公式計(jì)算確定數(shù)值偏差范圍，以提高測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性。其次對(duì)于所使用的儀器，需要及時(shí)更新補(bǔ)充、規(guī)范操作手段，并在使用過(guò)程中對(duì)儀器進(jìn)行有效的檢驗(yàn)和率定，降低由于儀器老舊等問(wèn)題導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果與真實(shí)數(shù)值之間的差值。系統(tǒng)誤差通常是由于多次重復(fù)測(cè)試同一目標(biāo)，導(dǎo)致平均值與真實(shí)結(jié)果之間存在差值，可以使用補(bǔ)償測(cè)量法不斷修正存在的誤差，當(dāng)測(cè)量結(jié)果以代數(shù)和的方式與修正值相加時(shí)，系統(tǒng)誤差會(huì)比修正前減少，但不會(huì)為零。

1.3 偶然誤差

由于偶然因素的影響，可能會(huì)導(dǎo)致水文測(cè)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生影響，從而造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)測(cè)量結(jié)果與真實(shí)結(jié)果之間的偏差，此類(lèi)誤差也被稱(chēng)之為隨機(jī)誤差。此類(lèi)誤差的出現(xiàn)缺乏規(guī)律，只能通過(guò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)進(jìn)行研究和總結(jié)。偶然誤差的出現(xiàn)受人為因素影響較小，出現(xiàn)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，偶然誤差需要測(cè)量人員結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制。

2 水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)流誤差出現(xiàn)的原因

2.1 測(cè)船測(cè)流法誤差

測(cè)船測(cè)流法在進(jìn)行測(cè)流數(shù)據(jù)采集時(shí)，受到測(cè)速垂線(xiàn)影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在誤差，這種情況有可能是測(cè)深與測(cè)流的垂線(xiàn)有時(shí)不一致，也有可能是垂線(xiàn)起點(diǎn)不一致，都會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性受到影響。當(dāng)單次測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況發(fā)生時(shí)，它會(huì)使整體數(shù)據(jù)產(chǎn)生嚴(yán)重誤差。例如在利用經(jīng)緯儀交匯法開(kāi)展測(cè)流工作時(shí)，首先需要將經(jīng)緯儀放置在確定好的基線(xiàn)終點(diǎn)位置，然后測(cè)量橫斷面與測(cè)流垂線(xiàn)的水平夾角，在水平夾角測(cè)量不準(zhǔn)等因素的影響下，一定會(huì)出現(xiàn)不同程度的誤差；又如在使用衛(wèi)星定位方法進(jìn)行測(cè)船測(cè)流時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，導(dǎo)致其誤差的原因：1） 因?yàn)樾l(wèi)星的勘測(cè)可能會(huì)有誤差；2） 因?yàn)槭艿酱髿鈱又械碾婋x子折射和對(duì)流層折射的影響，導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)在傳播過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；3）測(cè)量結(jié)果也會(huì)受到設(shè)備實(shí)際接收信號(hào)位置的影響。

2.2 超聲波測(cè)流法誤差

超聲波測(cè)流法在實(shí)際使用中也會(huì)有一定的偏差，1）是因?yàn)椴煌暡髁坑?jì)的精確度是不一樣的，超聲波計(jì)算時(shí)的精確度有誤差，那么在測(cè)量時(shí)就會(huì)有不同程度的誤差和失準(zhǔn)；2）受到超聲波儀器的影響，當(dāng)超聲波儀器缺乏保養(yǎng)時(shí)，水下工作容易受到復(fù)雜工作環(huán)境的影響，很有可能出現(xiàn)測(cè)量誤差，此類(lèi)問(wèn)題的存在會(huì)直接影響計(jì)算結(jié)果；3）在測(cè)量瞬時(shí)流量時(shí)，瞬時(shí)流量的不穩(wěn)定也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)誤差；4）有可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響的就是水溫，在正常工作水溫范圍內(nèi)的情況下，超聲波會(huì)以1 500 m/s 的速度傳播，而在溫度不斷升高的情況下，超聲波的傳播速度會(huì)出現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象，平時(shí)在工作中如果只以超聲波在常溫狀態(tài)下的傳播速度作為參考的話(huà)，這就會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生[3]。

2.3 水文纜道測(cè)流法誤差

水文纜道測(cè)流法測(cè)流過(guò)程中產(chǎn)生的誤差，1）由于流速中的脈動(dòng)現(xiàn)象，脈動(dòng)流速與時(shí)間變化有關(guān)，長(zhǎng)時(shí)間脈動(dòng)變化會(huì)趨近于零，但在短時(shí)間內(nèi)由于測(cè)速時(shí)間過(guò)短必然會(huì)產(chǎn)生一定的測(cè)速誤差，波動(dòng)變化也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，誤差就會(huì)出現(xiàn)。2）測(cè)流垂線(xiàn)不足，測(cè)量的數(shù)據(jù)會(huì)影響曲線(xiàn)平均流速計(jì)算產(chǎn)生誤差。3）在傳統(tǒng)測(cè)流過(guò)程中，低水位時(shí)流量的測(cè)驗(yàn)往往是被忽視的，這就會(huì)使實(shí)際測(cè)驗(yàn)與水位和流量關(guān)系曲線(xiàn)相偏離，從而造成數(shù)據(jù)誤差。

3 水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)流誤差控制措施

3.1 測(cè)船測(cè)流法誤差控制措施

針對(duì)測(cè)船測(cè)流法而言，減少測(cè)流誤差的出現(xiàn)，1）測(cè)量?jī)x器的校調(diào)是必須要注重的，盡可能避免由于設(shè)備原因而造成數(shù)據(jù)誤差；2）測(cè)流方式的合理調(diào)整和控制，可以通過(guò)在垂線(xiàn)上布置合理的測(cè)流列，從而避免由于不合理測(cè)流點(diǎn)布置所導(dǎo)致的誤差；3）合理地調(diào)整控制測(cè)流方式，在保證斷面測(cè)深和測(cè)速垂線(xiàn)一致的前提下，通過(guò)布置合理的測(cè)流點(diǎn)在垂線(xiàn)上減少因?yàn)椴缓侠頊y(cè)流點(diǎn)布置而導(dǎo)致的誤差，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理調(diào)整；4） 在保證測(cè)流數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和測(cè)量精度的同時(shí)，要求布設(shè)測(cè)線(xiàn)必須結(jié)合實(shí)際測(cè)流要求，合理調(diào)整和控制測(cè)流線(xiàn)數(shù)量。

3.2 超聲波測(cè)流法誤差控制措施

為實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波測(cè)流法精確度的控制，必須從測(cè)流的實(shí)際情況、具體要求出發(fā)，確保調(diào)整精確度的合理性，保證最終結(jié)果能夠?yàn)樗臏y(cè)驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支撐。在超聲波測(cè)流法實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，精確度調(diào)整應(yīng)當(dāng)視情況而定。應(yīng)對(duì)精度要求較高的水文測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目，選擇的超聲波流量計(jì)精度就高，在應(yīng)對(duì)相對(duì)比較低要求的項(xiàng)目，則可選用精度較低的流量計(jì)，從而降低因?yàn)檫x擇儀器而造成的誤差。另外妥善維護(hù)和保養(yǎng)超聲波流量計(jì)也是很重要的一項(xiàng)工作，定期清理探頭等設(shè)備從而減少因?yàn)樵O(shè)備老化而導(dǎo)致的誤差情況。

3.3 水文纜道測(cè)量法誤差控制措施

水文纜道測(cè)量法作為一種常用的測(cè)流法，應(yīng)當(dāng)盡可能避免流速脈動(dòng)引起的誤差，在實(shí)際測(cè)量中可以通過(guò)控制測(cè)速的時(shí)間，從而保證數(shù)據(jù)的正確性。如果在測(cè)流過(guò)程中，測(cè)速干擾因素較為明顯，需要合理調(diào)整控制測(cè)速時(shí)間，控制測(cè)速的時(shí)間在50 s 以?xún)?nèi)。最根本的措施是在控制測(cè)點(diǎn)上，使垂線(xiàn)上的測(cè)點(diǎn)間距大于或等于水文纜道直徑[4]，以應(yīng)對(duì)測(cè)速垂線(xiàn)不足造成的誤差。同時(shí)，一定要保證測(cè)深桿在流暢期測(cè)試水深時(shí)不會(huì)露出水面。在實(shí)際工作中，注意合理準(zhǔn)確的分布垂線(xiàn)，盡量固定測(cè)速垂線(xiàn)，保證分布均勻，以避免在中低水位測(cè)驗(yàn)中出現(xiàn)的誤差[5]。另外在利用該方法開(kāi)展測(cè)驗(yàn)時(shí)，注重懸索偏角對(duì)于測(cè)流精確度的影響，通過(guò)濕繩改正和纜道位移抬升改正保證數(shù)據(jù)的正確性。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前水文測(cè)驗(yàn)中各類(lèi)測(cè)流方式都可能出現(xiàn)誤差，為保證所獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而實(shí)現(xiàn)水資源有效管理，應(yīng)當(dāng)選擇合理措施，針對(duì)不同誤差出現(xiàn)的原因進(jìn)行相應(yīng)控制。在實(shí)際工作中，必須不斷研究和總結(jié)測(cè)驗(yàn)中誤差存在的原因，并根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)提供解決方法，從而保證水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，為水文工作的開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支撐。