水文纜道流量測驗誤差分析與控制策略的探討

龍金生

摘 要： 水文纜道是水文設(shè)備中的一種，水文纜道在進行流量測驗時，很容易受到測驗人員、設(shè)備儀器以及其他因素的影響，從而降低流量測驗的數(shù)據(jù)精度。本文通過對水文纜道流量測驗的誤差進行分析，并結(jié)合實際對水文纜道流量測驗的控制對策進行研究，希望為關(guān)注水文纜道流量測驗的人群帶來參考。

關(guān)鍵詞： 水文纜道;流量測驗;控制策略

【中圖分類號】P335 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.25.284

引言：水文纜道作為流量測驗設(shè)備，在實際應(yīng)用過程中可以完成對流量測驗時機的控制，但是水文纜道在測流過程中依然留有測量誤差。因此，有必要對水文纜道流量測驗時的誤差進行分析并對控制策略展開研究。

1 測量誤差的來源分析

1.1 測深誤差

（1）軟質(zhì)淤泥河床誤差。

由于鉛魚的重量非常大，所以在軟質(zhì)淤泥河床中進行測量時，鉛魚會因為自身重量的原因在觸碰到河底之后自動沉陷到河底淤泥中，從而給測量帶來誤差。經(jīng)過實驗可以發(fā)現(xiàn)，鉛魚陷入淤泥之后會導(dǎo)致顯示水深大于實際水深。

（2）鉛魚下放過快產(chǎn)生的誤差。

若鉛魚下水之后的速度過快，就會導(dǎo)致鉛魚在觸碰到河床時出現(xiàn)失重的現(xiàn)象，此時懸索在受到水流沖擊之后便會出現(xiàn)彎曲，從而導(dǎo)致測量誤差的出現(xiàn)，經(jīng)過實驗后發(fā)現(xiàn)，這時的顯示水深與實際水深之間的最大誤差能夠達到0.08米。

（3）未經(jīng)過濕繩改正導(dǎo)致的誤差。

在進行水文纜道的流量測驗時，若懸索偏角超過了規(guī)定標準，即鉛魚觸碰=河底后偏角超過10°，若此時鉛魚重量為200kg且懸索直徑為6毫米，斷面水深不超過2米，則通過計算可以得出未經(jīng)過濕繩改正的測深誤差，這時顯示水深將與實際水深之間的測量誤差大約為0.07米。

（4）未經(jīng)過干繩改正導(dǎo)致的誤差。

在進行流量測驗時，當懸索偏角大于規(guī)定標準時，即鉛魚到達水面之后懸索偏角超過5°引起的測深誤差。若此時行車架至水面高度以5米計算且斷面水深不超過2米，則通過公式計算之后能夠得出最終誤差結(jié)果，即顯示水深大于實際水深。

（5）未經(jīng)過纜道位移改正導(dǎo)致的誤差。

在受到河流流速影響后，纜道的懸索偏角大于規(guī)定標準時，即鉛魚到達水面之后其偏角超過5°未經(jīng)過纜道位移改正出現(xiàn)的測深誤差。若將行車架至水面高度以5米來計算，則鉛魚到達水面后懸索偏角為8°。纜道系數(shù)m=0.40。若此時鉛魚到達河底后其懸索偏角按照14°來計算，當主繩垂度為5米、斷面水深小于2米，則得出的結(jié)果為顯示水深大于實際水深。

（6）鋼絲繩層數(shù)過多導(dǎo)致的誤差。

有很多纜道測深計數(shù)器會將傳感器設(shè)置在提放滾筒位置處。通常情況下，為了保證測量精度，鋼絲繩會在滾筒上纏繞2～3層。通過滾筒滾動來輔助計數(shù)器完成數(shù)據(jù)采集，因為鋼絲繩每纏繞一圈其所用長度都會提升，所以鋼絲繩若纏繞過多就會導(dǎo)致記錄水深小于實際水深。

1.2 測距誤差

通常情況下，測距計數(shù)器的傳感輪都會設(shè)置于絞車巡回輪以及巡回鋼絲繩的位置上，在應(yīng)用時會依靠鋼絲繩來帶動傳感輪完成計數(shù)。計數(shù)器率定是為了確定度數(shù)與測量值之間的關(guān)系，以便降低計數(shù)器出現(xiàn)的誤差。就是在將經(jīng)緯儀、全站儀架設(shè)在與基線端點垂直的位置之后，鉛魚開到測深垂線進行計數(shù)器讀數(shù)，并對基線與斷面測深垂線之間的水平夾角進行記錄，計數(shù)器得出的數(shù)據(jù)為三角形斜邊，若將其作為實際起點距則測量后的河面寬度將會超過河面的實際寬度。

1.3 測速誤差

（1）干擾信號導(dǎo)致的誤差。

很多測流纜道都會選擇使用自動計數(shù)器，若纜道與絕緣柱并沒有足夠的絕緣性能，就會在測速過程中產(chǎn)生干擾信號，從而導(dǎo)致測量得出的流速偏高[1]。

（2）接觸絲抖動導(dǎo)致的誤差。

轉(zhuǎn)子式流速儀多數(shù)都屬于接觸絲式流速儀，在實際測速過程中很容易因為接觸絲出現(xiàn)抖動而產(chǎn)生誤觸，并得到更多無效的流速信號，所以接觸絲抖動會造成測量流速超過實際流速。

2 誤差控制

2.1 測深誤差的控制

（1）測驗斷面的選擇。

測驗斷面最好選用相對比較平整的硬質(zhì)河床，如果并沒有選擇條件則可以增加鉛魚底部托盤的尺寸，通過這種方式能夠降低鉛魚進入淤泥后造成的測量誤差。在增加托盤尺寸時，還要著重考慮托盤大小的合理性，若托盤尺寸過大，就會導(dǎo)致懸索偏角的提升。在斷面穩(wěn)定且沖淤變化不大的測站中，可以通過大斷面來完成對水深的計算，但需要注意的是，若出現(xiàn)了大洪水則要及時完成大斷面的校驗。

（2）降低鉛魚下降速度。

常見的循環(huán)及起重電機一般都屬于調(diào)頻電機，可以在鉛魚入水之后對其速度進行控制，保證鉛魚速度在合理范圍內(nèi)就能夠解決鉛魚失重以及主纜反彈帶來的測深誤差。

（3）懸索干繩、纜道位移改正。

在進行流量測驗時，如果發(fā)現(xiàn)懸索偏角超過規(guī)定標準，則需要對懸索進行干繩、纜道位移的改正調(diào)整，以此來降低測量誤差。

（4）嚴格控制鋼絲繩層數(shù)或調(diào)整傳感器位置。

如果是水深不大的測站，在測量過程中需要將鋼絲繩層數(shù)控制在1到2層。若是測站的水深相對較大，則可以將測深傳感器設(shè)置在提放索可以摩擦到的其他位置，通過提放索來完成計數(shù)。

（5）測深計數(shù)器、測深改正率定。

為了確保流量測驗時的數(shù)據(jù)精確度，測站在汛前需要對測深計數(shù)器以及測深改正數(shù)進行率定。除此之外，在纜道調(diào)整、傳感器更換等工作結(jié)束后同樣需要進行率定。

2.2 測距誤差控制

根據(jù)規(guī)定標準，水文纜道正式投入使用之前，需要對其采取測距計數(shù)器率定，若是對纜道主繩的垂直度進行了調(diào)整或者更換了起點距傳感器同樣需要進行率定。

2.3 測速誤差控制

（1）干擾信號誤差控制。

為了能夠消除干擾信號，需要加強水文纜道主繩以及工作繩的絕緣處理，在條件允許的情況下，測站需要進行副索的架設(shè)，以此來確保信號傳輸時的穩(wěn)定性，在測驗過程中需要在接線柱位置包裹絕緣膠布，并采取入水試驗對水的電導(dǎo)率進行測量。

（2）接觸絲抖動誤觸的誤差控制。

為了降低因接觸絲抖動而出現(xiàn)的測量誤差，測站需要定期對接觸絲的接觸情況進行檢查，保證流速儀20轉(zhuǎn)接觸絲可以觸碰一次，以免在旋轉(zhuǎn)過程中接觸絲對信號的多次記錄。如果調(diào)整完畢后依然有干擾信號出現(xiàn)，則需要對測速靈敏度旋鈕以及延時裝置進行適當調(diào)整[2]。

結(jié)論：總而言之。水文纜道在測站中有著非常重要的作用，通過流量測驗?zāi)軌驗闇y站的后續(xù)各項工作奠定基礎(chǔ)。但是由于測驗的結(jié)果數(shù)據(jù)往往會受到外界因素的干擾，所以需要加強對測驗數(shù)據(jù)的控制。相信隨著人們對水文纜道流量測驗誤差重視程度的提升，誤差的控制效果一定會越來越好。

參考文獻

[1] 胡根寶.南陵（二）水文站水文纜道流量測驗精簡分析[J].陜西水利，2020（06）：63-64.

[2] 翟承暢.九里溝自動測流站流量測驗誤差分析[J].江淮水利科技，2019（04）：37+39.