流速儀測(cè)流法誤差產(chǎn)生的原因及解決措施

李滿晶

(新疆水利廳金溝河流域管理處，新疆沙灣 832100)

流速儀測(cè)流法誤差產(chǎn)生的原因及解決措施

李滿晶

(新疆水利廳金溝河流域管理處，新疆沙灣 832100)

用流速儀測(cè)流是流量測(cè)驗(yàn)常用的方法.在測(cè)流過(guò)程中，由于諸多因素會(huì)產(chǎn)生誤差而影響測(cè)量結(jié)果的精度。文章根據(jù)多年測(cè)流經(jīng)驗(yàn)，著重分析了用流速儀測(cè)流過(guò)程中誤差產(chǎn)生的原因，提出了解決方法。

流速儀;測(cè)流;精測(cè)法;常測(cè)法;誤差;解決方法

流速儀測(cè)流在水文測(cè)驗(yàn)中是很普遍的。根據(jù)精度的不同及操作繁簡(jiǎn)不同，可分為精測(cè)法、常測(cè)法、簡(jiǎn)測(cè)法3種，這3種雖然對(duì)測(cè)流精度要求不同 ，但測(cè)驗(yàn)的一般規(guī)定都是一樣的。

1 流量測(cè)驗(yàn)的一般規(guī)定

1)斷面內(nèi)測(cè)點(diǎn)的流速不應(yīng)超過(guò)流速儀的測(cè)速范圍，特殊情況下超出范圍，應(yīng)在資料中說(shuō)明，當(dāng)高速流速超出儀器測(cè)速范圍30%時(shí)，應(yīng)在使用后將儀器封存，重新鑒定。

2)垂線水深不應(yīng)小于流速儀一點(diǎn)法測(cè)速的必要水深。

3)在一次測(cè)流的起止時(shí)間內(nèi)，水位漲落差不應(yīng)大于平均水深的10%;水深較小而漲落急劇時(shí)不應(yīng)大于平均水深的20%;或水位漲落引起的斷面面積的變化，當(dāng)平均水深＞1 m時(shí)，不超過(guò)5%;當(dāng)平均水深＜1 m時(shí)，不超過(guò)10%。

4)流速儀法測(cè)流時(shí)，應(yīng)主要做：①觀測(cè)水位;②測(cè)量水深;③測(cè)量垂線各點(diǎn)流速;④觀測(cè)天氣情況;⑤計(jì)算、檢查和分析測(cè)流結(jié)果。

5)全年測(cè)驗(yàn)次數(shù)的確定。在全年水位變幅內(nèi)，均勻分布測(cè)次，保證最高最低水位流量的測(cè)定，對(duì)于穩(wěn)定斷面，全年最少測(cè)次≥15次;(且水位級(jí)測(cè)點(diǎn)分布均勻)對(duì)于新設(shè)或改建斷面，為確定水位流量關(guān)系，保證推流精度，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)次，每一級(jí)水位級(jí)測(cè)次≥3次，且均勻分布;對(duì)于受沖於變化影響的斷面，在穩(wěn)定期，可3～5 d測(cè)一次流;在沖於變化期，根據(jù)沖於程度，測(cè)流應(yīng)1 d為1次或1 d數(shù)次。

2 水位觀測(cè)

水尺讀數(shù)的方法，當(dāng)風(fēng)平浪靜或有凈水設(shè)備時(shí)，讀靜止水面截于水尺上僅有的一個(gè)讀數(shù)即可，在風(fēng)浪大而無(wú)靜水設(shè)備時(shí)，則應(yīng)讀記波浪的峰頂和谷底截于水尺上兩個(gè)讀數(shù)，記取其平均值，或等到水面出現(xiàn)瞬時(shí)平靜時(shí)，讀其截于水尺上的一個(gè)讀數(shù)，這樣連續(xù)觀測(cè)2～3次，取其均值。

2.1 水位觀測(cè)的誤差來(lái)源與控制

2.1.1 人工水位觀測(cè)誤差來(lái)源

①觀測(cè)人員視線與水面不平行;②波浪影響;③水尺附近有其他障礙物的阻水、雍水影響;④時(shí)鐘不準(zhǔn);⑤水位變幅較大，觀測(cè)時(shí)間太短，讀數(shù)缺乏代表性。

2.1.2 誤差消除或控制

1)觀測(cè)人員視線盡量與水面平行。

2)有波浪，應(yīng)取水尺度數(shù)的峰谷平均值或水流短暫平穩(wěn)時(shí)的直接讀數(shù)。

3)水尺水位受阻水影響時(shí)，應(yīng)盡可能先排除阻水因素，在進(jìn)行觀測(cè)。

4)隨時(shí)校對(duì)觀測(cè)的時(shí)鐘。

5)水位變幅較大，采取多次觀測(cè)，去平均值。

2.1.3 自記水位計(jì)測(cè)量誤差來(lái)源

1)機(jī)械摩阻產(chǎn)生的滯后誤差。

2)懸索重量轉(zhuǎn)移改變浮子入水深度產(chǎn)生的誤差。

3)平衡錘入水改變浮子入水深度產(chǎn)生的誤差。

4)水位輪、懸索直徑公差形成的誤差。

5)環(huán)境溫度變化引起的水位輪懸索尺寸變化造成的誤差。

6)機(jī)械傳動(dòng)空程引起的誤差。

7)走時(shí)機(jī)構(gòu)的時(shí)間誤差。

8)記錄紙受環(huán)境溫濕度產(chǎn)生伸縮引起的誤差。

9)水位變率較大，引起的水位記錄誤差。

10)測(cè)井內(nèi)外水體密度差異引起的水位誤差。

2.2 誤差的消除或控制

1)記錄紙受環(huán)境溫濕度影響產(chǎn)生的水位和時(shí)間誤差，可通過(guò)密封，加干燥劑的辦法控制。

2)對(duì)于水位變率引起的水位記錄誤差，可選擇合適的測(cè)井和進(jìn)水口尺寸予以控制;懸索重量轉(zhuǎn)移改變浮子入水深度產(chǎn)生的誤差。

3)測(cè)井內(nèi)外水體密度差異引起水位誤差，可在測(cè)井的上下游面對(duì)開進(jìn)出水孔予以控制。

4)走時(shí)機(jī)構(gòu)的時(shí)間誤差，可通過(guò)及時(shí)調(diào)整、校核予以控制。

3 測(cè)量水深誤差來(lái)源與控制

3.1 測(cè)量水深的誤差來(lái)源

1)不了解斷面情況，就直接進(jìn)行水深的測(cè)量。

2)測(cè)量水深時(shí)，沒(méi)有根據(jù)當(dāng)時(shí)波浪情況進(jìn)行測(cè)量。

3)不根據(jù)斷面渠底情況，就進(jìn)行測(cè)量。3.2 誤差的消除或控制

1)對(duì)于新斷面，因不了解情況在測(cè)水深時(shí)，應(yīng)先用測(cè)桿對(duì)渠底進(jìn)行了解，判斷出渠底的情況是屬于沖於斷面還是穩(wěn)定斷面。

2)當(dāng)水面起伏度較小時(shí)，每條垂線可用測(cè)桿測(cè)深1次。

3)如果是穩(wěn)定斷面且渠底比較平整的段面，每條垂線的水深應(yīng)連測(cè)2次，當(dāng)兩次測(cè)得的水深差值不超過(guò)最小水深值的2%時(shí)，取兩次水深讀數(shù)的平均值;當(dāng)兩次測(cè)得的水深差值超出2%時(shí)，應(yīng)增加測(cè)次，取符合限差2%的兩次側(cè)身結(jié)果的平均值;當(dāng)多次測(cè)量也達(dá)不到限差2%時(shí)，可取多次測(cè)深結(jié)果的平均值。

4)斷面渠底由較大卵石組成時(shí)，應(yīng)在測(cè)深垂線處和垂線上、下游及左、右側(cè)共測(cè)5點(diǎn)，四周測(cè)點(diǎn)距中心點(diǎn)0.2 m，取5點(diǎn)水深讀數(shù)的平均值為測(cè)點(diǎn)水深。

4 斷面測(cè)深測(cè)速垂線的布設(shè)的誤差及控制

4.1 測(cè)量水深的誤差來(lái)源

1)測(cè)深垂線的布設(shè)不均勻分布，不能控制斷面的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，使部分面積無(wú)大割大補(bǔ)情況。

2)測(cè)速垂線的布設(shè)不均勻分布，不能控制斷面形狀和流速沿渠寬分布的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，無(wú)大割大補(bǔ)情況。

4.2 誤差的消除或控制

1)斷面測(cè)深測(cè)速垂線應(yīng)盡量一致，位置宜固定;對(duì)于沖於斷面，應(yīng)根據(jù)淤積的變化隨時(shí)調(diào)整岸邊垂線的位置。

2)對(duì)于沖淤多變斷面，可在最大流速、最大水深、轉(zhuǎn)折點(diǎn)處增加輔助垂線。

3)斷面測(cè)線布設(shè)是根據(jù)測(cè)流的要求不同，測(cè)線布設(shè)的條數(shù)不同，每條側(cè)線上的測(cè)點(diǎn)也不同，見表1。

表1 精測(cè)法、常測(cè)法最少測(cè)速垂線數(shù)目

5 測(cè)速測(cè)量的要求

1)一條垂線上相鄰兩側(cè)點(diǎn)的最小間距不宜小于流速儀旋槳的直徑。

2)測(cè)水面流速時(shí)，流速儀轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分不得露出水面。

3)測(cè)渠底時(shí)，應(yīng)將流速儀下至0.9 m水深以下，并應(yīng)使儀器旋轉(zhuǎn)部分的邊緣離開渠底2～5 cm;測(cè)冰底或冰花底時(shí)，應(yīng)使流速儀旋轉(zhuǎn)部分的邊緣離開冰底或冰花底5 cm。

4)測(cè)速時(shí)，當(dāng)水深＜0.16 m時(shí)，又無(wú)LS10型流速儀時(shí)可以停止測(cè)流，但要測(cè)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e;但如有LS10型流速儀時(shí)還可以進(jìn)行測(cè)流，但當(dāng)水深在0.10 m以下時(shí)，也要停止測(cè)流，但要測(cè)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。

5)采用測(cè)桿測(cè)流時(shí)，流速儀應(yīng)平行于測(cè)點(diǎn)當(dāng)時(shí)的流向，當(dāng)采用固定測(cè)桿測(cè)流時(shí)，測(cè)桿一端應(yīng)裝有地盤，地盤應(yīng)有尖頭，以保持儀器的水平和水深觀讀正確，具體應(yīng)符合表2要求。

表2 測(cè)速垂線測(cè)點(diǎn)分布位置 m

6 測(cè)速測(cè)量的誤差及控制

6.1 測(cè)速測(cè)量的誤差來(lái)源

①儀器的誤差，保養(yǎng)不當(dāng)或安裝不正確，導(dǎo)致測(cè)量的誤差(導(dǎo)致的結(jié)果是錯(cuò)誤，不是誤差);②流向偏角導(dǎo)致的誤差;③紊流導(dǎo)致的誤差;④流速儀軸線與流向不平行導(dǎo)致的誤差;⑤人為導(dǎo)致的停表計(jì)時(shí)的誤差。

6.2 誤差的消除與控制

①施測(cè)前應(yīng)檢查儀器并正確安裝;②在流向偏角處可增加測(cè)次;③測(cè)量是應(yīng)把握好測(cè)流時(shí)機(jī)，盡量避開紊流;④校準(zhǔn)停表，可兩人同時(shí)計(jì)時(shí)消除誤差。

7 結(jié)論

流速儀測(cè)流法是我流域常用的測(cè)流方法，因此正確的使用流速儀進(jìn)行測(cè)流，盡量避免誤差，掌握好的方法，為獲得更精確的測(cè)量數(shù)據(jù)提供前提保障。

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1007-7596(2011)05-0027-02

2011-02-21

李滿晶(1976-)，女，新疆石河子人，助理工程師，主要研究方向?yàn)樗臏y(cè)驗(yàn)。