水位觀測的不確定度計(jì)算

□馬 勇 □徐長春 □柴國武(南陽水文水資源勘測局)

□柴 穎（河海大學(xué)）

1.引言

當(dāng)采用水尺觀測水位時(shí)，其誤差來源應(yīng)考慮水尺零點(diǎn)高程測量的不定系統(tǒng)誤差、水尺刻劃的不定系統(tǒng)誤差和水尺觀讀的不定系統(tǒng)誤差三個(gè)方面。對上述三項(xiàng)誤差因素，可以看做相互獨(dú)立，水位觀測綜合不確定度應(yīng)由水尺零點(diǎn)高程測量系統(tǒng)不確定度、水尺刻劃系統(tǒng)不確定度和水尺觀測隨機(jī)不確定度三項(xiàng)合成。本文采用西峽水文站的一般風(fēng)浪（2008年11月12日）和較大風(fēng)浪（2008年11月15日）的水位觀測資料（見表1、表2），進(jìn)行了水位觀測的不確定度計(jì)算。

表1 一般風(fēng)浪情況下（2008年11月12日）的水位觀測資料表

2.水位觀測不確定度的計(jì)算步驟

2.1 水尺零點(diǎn)高程的系統(tǒng)不確定度的估算X"1

式中X"1—水尺零點(diǎn)高程不準(zhǔn)引起的系統(tǒng)不確定度（mm）；Sm—水準(zhǔn)測量1km線路往返測量的標(biāo)準(zhǔn)差（mm），本站采用四等水準(zhǔn)為10mm。

表2 較大風(fēng)浪情況下（2008年11月15日）的水位觀測資料表

L—往返測量或左右路線所算得之側(cè)段、路線的平均長度（km），本站取0.2km。

2.2 水尺刻劃的系統(tǒng)不確定度X"C的估算

水尺刻劃系統(tǒng)不確定度可按水尺長度的1‰估算。水尺長度為1.2m，水尺刻劃的系統(tǒng)不確定度為X"C=1.2mm。

2.3 水尺觀讀隨機(jī)不確定度估算

本文在收集試驗(yàn)資料時(shí)，分一般風(fēng)浪（2008年11月12日）、較大風(fēng)浪（2008年11月15日）兩種情況，在水位基本不變化的20min內(nèi)連續(xù)觀讀水尺讀數(shù)各40次。

式中:X'g—水尺觀讀隨機(jī)不確定度，與Pi、P具有相同的量綱；Pi—第i次水尺讀數(shù)（m）；P—N次水尺讀數(shù)的平均值（m）；N—觀測讀數(shù)。

2.4 水位觀測不確定度的綜合

水位觀測不確定度分為隨機(jī)不確定度和系統(tǒng)不確定度。

2.4.1 隨機(jī)不確定度的計(jì)算

(X'Z)95表示服從正態(tài)分布，置信水平取95%的水位觀測隨機(jī)不確定度。

2.4.2 系統(tǒng)不確定度的計(jì)算

2.4.3 綜合不確定度計(jì)算

3.計(jì)算結(jié)果

按照上述計(jì)算步驟，分別計(jì)算出一般風(fēng)浪和較大風(fēng)浪情況下的水位觀測不確定度，計(jì)算結(jié)果分別見表3和表4。水位觀測的不確定度包括隨機(jī)不確定度和系統(tǒng)不確定度。其中置信水平為95%的隨機(jī)不確定度 (X'Z)95主要是指水尺觀讀的隨機(jī)誤差引起的不確定度X'g，水位觀測的系統(tǒng)不確定度X"z主要是水尺零點(diǎn)高程測量的不定系統(tǒng)誤差、水尺刻劃的不定系統(tǒng)誤差引起的不確定度即X"1和X"C。

表3 一般風(fēng)浪情況下水位觀測不確定度計(jì)算結(jié)果表 單位：cm

表4 較大風(fēng)浪情況下水位觀測不確定度的計(jì)算結(jié)果表 單位：cm

4.總結(jié)

本文分別按一般風(fēng)浪、較大風(fēng)浪兩種情況，計(jì)算出了用水尺觀測水位的綜合不確定度和隨機(jī)不確定度，對增加水尺觀測水位的精確度和可靠性有重要意義，對水文工作者進(jìn)行水位測驗(yàn)工作有指導(dǎo)意義。