淺談水文水資源測量不確定度的若干問題

□談　兵（河南省信陽水文水資源勘測局）

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淺談水文水資源測量不確定度的若干問題

□談兵（河南省信陽水文水資源勘測局）

摘要：水文部門核心工作是測量水文資源。該項工作可以很好地對水資源進行保護，也可以對其進行有效利用。在計量領(lǐng)域，國際技術(shù)標準在持續(xù)不斷的進步，關(guān)于水資源的測量，也制定了全新的測定標準，尤其關(guān)于測量不確定度的相關(guān)評定標準及其表現(xiàn)方法，水文相關(guān)測量部門必須切實掌握國際計量標準，并將自身標準與國際進行有效對接。文章首先簡單概述了水資源測量不確定度的相關(guān)概念，進而具體分析了測量的不確定度出現(xiàn)的若干問題，最后進一步提出了評定以及表示方法。希望可以為同行業(yè)工作提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：水文水資源；測量；不確定度

1　概述水文水資源的測量

水文水資源測量涵蓋的方面非常復(fù)雜，比如水位、雨量、蒸發(fā)情況、水源質(zhì)量等情況，同時該項測量還屬于計量學(xué)活動。計量必須確保質(zhì)量以及單位的統(tǒng)一，水資源計量活動要求高，這樣非常有利于水文資源的正確管理及其合理高效利用。在我國一切水源工程的規(guī)劃以及對于水災(zāi)問題實施抗擊的計劃措施都需要參考水資源測量，一旦測量過程中由于主觀或者客觀原因出現(xiàn)了偏差，就會對水資源單位造成一定的損失，使相關(guān)測量單位進行相關(guān)活動時非常被動，無法有效應(yīng)對過程中出現(xiàn)的問題。因此，我們就必須為測量結(jié)果的精準性和實用性尋找到科學(xué)的參考指標，即我們所說的不確定度。

2　概述不確定度

2.1不確定度的定義

在計量方面，水資源測量結(jié)構(gòu)的可靠性取決于其測量的不確定度。因此，測量結(jié)果的主要依據(jù)是不確定度。表征給被測量值的分散性以及測量的具體結(jié)果，科學(xué)的增加有關(guān)系的參數(shù)。該賦予的參數(shù)比較靈活，測量結(jié)果最終的標準差或者是倍數(shù)都可以選作參數(shù)。可以很好地表述在置信水準區(qū)間內(nèi)的半寬度。在表述測量結(jié)果的過程中，也要求對其不確定度進行描述。

2.2不確定度的組成

測量的不確定度的構(gòu)成相對復(fù)雜，含有若干分量。若干分量中，部分分量能夠進行統(tǒng)計分布狀況估算，這些估算可以進行測量并得出結(jié)果，通過實際的標準差進行表現(xiàn)，其最終測量所得的結(jié)果一般認為是對被測量值進行估算的最佳情況，其指導(dǎo)意義非常重要。但是，評定過程中，其不確定度的分量的大小都比較分散，這也就造成了不確定度的值總是為正數(shù)，不確定度其實就是事件發(fā)生與否的可疑程度，對于不確定度進行測量其實就是對于測量所得結(jié)果正確與否的懷疑程度。加入要求對于一種測量得出的結(jié)果的懷疑程度進行定義，準確來講，首先在不確定度前面增加一個特定的形容性名詞，進而來對審明指標參數(shù)的結(jié)果的不認同進行表示。比如說擴展不確定度以及合成不確定度，在一般情況下，我們所說的一種不確定度，其測量目標是標準差，該不確定度就應(yīng)該稱之為“標準不確定度”

3　不確定度的誤差理論

3.1誤差的定義

在測量的相關(guān)規(guī)定中對于誤差有具體的定義，其定義如下：測量過程中得出的具體結(jié)果和被測量真值二者存在的差值。倘若要求將其和相對誤差進行區(qū)分，那么在測量領(lǐng)域，誤差就是絕對誤差。但是必須注意，絕對誤差并非誤差的絕對值，它是誤差的模。也就是說，誤差的結(jié)果不是正值就是負值，在具體的計算過程中，因為我們無從掌握誤差真值，從客觀角度講，誤差的值是沒有辦法精確計算出的，因此它只是約等值。在對于同一項測量進行計算的時候，不管其條件以及測量程序以及測量結(jié)果如何，其最終的誤差是不變的。然而，某些情況下，條件具有一定的重復(fù)性，如果在這樣的條件下進行計算，則會發(fā)生結(jié)果出現(xiàn)差異，但是不確定度相同的狀況。因此，也就說明了誤差和不確定度這二個概念是完全不同的，必須進行區(qū)分，更要防止出現(xiàn)混淆或者誤用的情況。

3.2誤差與不確定度的關(guān)系

在測量領(lǐng)域，不確定度涉及到的兩種評定方式與計算誤差涉及到的系統(tǒng)以及隨機誤差它們之間的關(guān)系并不是相對應(yīng)的。不同的原因是，隨機誤差以及系統(tǒng)誤差這兩個概念所要表現(xiàn)的是性質(zhì)，兩種存在絕對差異的性質(zhì)。而前者相關(guān)的兩個評定方式僅僅表示的是兩種不一樣標準的評定手段。比如，測量水資源時使用到很多相關(guān)測量設(shè)備，其中一項測量儀器在其部門提供說明文書中記述了其數(shù)據(jù)相關(guān)的系統(tǒng)以及隨機影響，然而必須注意以上兩項影響不可以稱之為系統(tǒng)以及隨機的不確定度。另外，由于每次的測量情景是不一樣的，也就使得會出現(xiàn)隨機不確定度被理解為系統(tǒng)的不確定度的情況。雨量杯以及水尺牌這兩種水文儀器在出廠的過程中，生產(chǎn)部門給出的數(shù)據(jù)只包含這兩種水文儀器的測量過程中可以出現(xiàn)的誤差值，但是并不涉及二者的實際值。出現(xiàn)這樣情況的原因是在進行該批次水文儀器生產(chǎn)的過程中，真實的數(shù)據(jù)是不一樣，是存在差異的，有的是正值有的是負值，具有很強的隨機性。然而就使用某一儀器的工作人員來說，儀器的實際值卻是只用一個而且數(shù)據(jù)是個定值，不會0出現(xiàn)偏正或者偏負的情況，此種情況也就是隨機和系統(tǒng)不確定度二者可以理解為一樣的。

4　測量結(jié)果

國際計量為了防止發(fā)生混淆誤差以及不確定度，在對不確定度性質(zhì)進行區(qū)分的時候，采用的是不確定分量。這可以靈活多變對系統(tǒng)效應(yīng)具體的不確定度進行確定，可以選擇任何方式進行評價。評定方法存在兩種，第一種是實際統(tǒng)計觀測列進而進行分析評定，該方法以試驗標準差作為依托的；第二種則是借助估值來進行評定，其表征的依托是估值的標準差。以上兩種評定方式?jīng)]有所謂的本質(zhì)區(qū)別，主要的分布以及評定主要以概率為基礎(chǔ)，其表征使用的都是標準差以及方差。將兩種存在方式假設(shè)為A和B。將U2記作A的表征評定時的不確定度的分量方估值。對于觀測列進行反復(fù)觀測，最終計算得出，S2即為U2的方差估計值，而S則是U2正的平方根值的估計標準差值，這樣則可以得出U=S，這就是A種評價方法得出的標準的不確定度。使用評價方法B進行評定的不確定度，U2是其估計方差，U是其估計標準差，也就是說使用B種評定方法時的不確定度。在具體的測量過程中，評定方式A求得不確定的方法為，按照一定的概率密度函數(shù)進行求取，而這一函數(shù)是觀察列頻率所呈現(xiàn)的分布區(qū)域進而導(dǎo)出的。B方法它的不確定度的標準分量也是一樣根據(jù)函數(shù)得到的，但是這一函數(shù)是根據(jù)假設(shè)或者認定的概率導(dǎo)出的。其所進行計算的函數(shù)的基礎(chǔ)是事情出現(xiàn)的可信任程度。比如，一般來說，水文儀器含有流速儀、水尺牌、雨量杯等等，工作人員測量水文水資源所得的數(shù)據(jù)指標在以上類似的水文儀器上反映的時候，儀器生產(chǎn)部門在生產(chǎn)儀器時，出具儀器相關(guān)說明書，說明書記述了這些儀器上的校準證書上標明的相關(guān)數(shù)據(jù)以及不確定度，因此，這個時候，無論是方法A還是方法B，這兩者的不確定度在儀器的說明書中的解釋都是通過已經(jīng)知道的概率來進行。因為不確定度的表達方式有兩種，一個是相對的另一個是絕對的，因此，在具體的水資源測量的過程中，在測量河流流量的時候，通過評定方法A和B來評估測量過程涉及到的隨機不確定以及系統(tǒng)性不確定，這兩種都比較合適且方便的。比如，在進行雨量流量測量的時候，其雨量在單次狀況下進行測量結(jié)果的不確定度就不能使用評定方法A，只能使用方法B進行估計。

5　結(jié)　語

關(guān)于不確定度的評定標準以及表達方式，涉及的內(nèi)容多種多樣，具體的測量條件以及測量的方法存在諸多差異，導(dǎo)致計算方式也是不一樣的，具體的評定內(nèi)容也會產(chǎn)生不同的變化。但是關(guān)于測量水資源，無論是測量目的還是評定方式二者的初衷是一樣的，為避免發(fā)生不必要的測量誤差，以確保水文工程的操作，因此將不確定度進一步提高，即是增加測量結(jié)果的可疑性，可以使得水資源測量工作更加有效，更加精準。

參考文獻

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（責任編輯：韋詩佳）

中圖分類號：P332

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8853（2016）04-0036-02

收稿日期：2016-01-12