水文流量測(cè)驗(yàn)誤差分析

齊凱彬

摘 要：水文流量測(cè)驗(yàn)對(duì)于推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用，其主要內(nèi)容為科學(xué)監(jiān)測(cè)各個(gè)區(qū)域河流水力資源的動(dòng)態(tài)變化情況，同時(shí)全面收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。但是，水文流量測(cè)驗(yàn)?zāi)壳皹O易受到諸多因素的影響，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，不符合實(shí)際情況。因此，深入研究水文流量測(cè)驗(yàn)，做好測(cè)量誤差控制，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水文;流量測(cè)驗(yàn);誤差

中圖分類號(hào)：P332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）06-0097-03

Error Analysis of Hydrological Discharge Measurement

QI Kaibin

（Xinxiang Hydrology and Water Resources Survey Bureau，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： Hydrological discharge measurement plays an important role in promoting the development of China's national economy， its main content is to scientifically monitor the dynamic changes of river hydraulic resources in various regions， and at the same time comprehensively collect monitoring data. However， the hydrological discharge measurement is currently extremely susceptible to many factors， resulting in inaccurate measurement results that do not conform to the actual situation. Therefore， it is of great significance to study the hydrological discharge measurement in depth and to control the measurement error.

Keywords： hydrology;discharge measurement;error

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，流域水資源數(shù)據(jù)具有重要的作用，它也是水文數(shù)據(jù)的主要組成部分之一[1-2]。影響流量資料質(zhì)量的因素繁多[3-6]，不僅包括測(cè)驗(yàn)方面的因素，也包括數(shù)據(jù)加工處理方法等方面的因素。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步和資料整編方式的廣泛應(yīng)用，流量資料處理精度不斷提升。當(dāng)前，人們要重視水文流量測(cè)驗(yàn)，加強(qiáng)測(cè)量誤差的控制。

1 水文測(cè)驗(yàn)誤差對(duì)斷面流量、面積及流速的影響

對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展來(lái)說(shuō)，流域水資源數(shù)據(jù)是一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其中，流量資料是水文數(shù)據(jù)不可或缺的內(nèi)容，其精度對(duì)涉水工程設(shè)計(jì)效果及運(yùn)行質(zhì)量有較大的影響[7-9]。但是，影響流量資料質(zhì)量的因素繁多，不僅包括測(cè)驗(yàn)因素，也包括數(shù)據(jù)加工處理方法等方面的因素。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，信息化資料整編模式得到廣泛應(yīng)用，流量資料處理精度也得到明顯提升。目前，流量資料誤差的主要影響因素為水文流量測(cè)驗(yàn)誤差。河道流量計(jì)算公式為：

[Q=A×V]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[Q]為河道流量;[A]為河道斷面面積;[V]為河道斷面平均流速。

由式（1）可知，導(dǎo)致水文流量測(cè)驗(yàn)誤差的主要因素為面積誤差和流速誤差。

在進(jìn)行水文流量測(cè)驗(yàn)時(shí)，人們需要按照相關(guān)順序，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)水深與測(cè)深垂線間距，進(jìn)而合理計(jì)算各個(gè)水流斷面的面積，通過(guò)相加得到最終的斷面總面積。通常，水文測(cè)驗(yàn)斷面的測(cè)深垂線間距保持不變，人們可以不記錄其誤差。水深觀測(cè)期間，測(cè)深桿進(jìn)入水中后，迎面水存在壅水情況。如果單單通過(guò)迎水面觀讀水深，就會(huì)導(dǎo)致觀讀值大于正常值。背水面因?yàn)闇y(cè)深桿阻水形成渦流，如果通過(guò)背水面進(jìn)行觀讀，就會(huì)導(dǎo)致觀讀值小于正常值。因此，人們需要采取正確的測(cè)量方法，通過(guò)側(cè)面讀取測(cè)深桿在水面位置的刻度值，并且對(duì)均值進(jìn)行多次測(cè)量，保證其接近真值[10-11]。

讀數(shù)誤差會(huì)導(dǎo)致水深發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致水流斷面面積發(fā)生變化，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。使用測(cè)深桿懸掛流速儀對(duì)斷面流速進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，流速儀入水深度由完成測(cè)量的水深值決定，按照相應(yīng)的比例系數(shù)和計(jì)算深度值，人們從水面向下合理放置流速儀，因此水深觀讀誤差會(huì)導(dǎo)致流速儀入水深度產(chǎn)生誤差。同時(shí)，斷面垂線上，深度不一的水流速度分布形式各不相同，因此又形成了流速測(cè)量誤差。面積誤差和流速誤差共同組成了流量計(jì)算誤差。水文流量測(cè)驗(yàn)實(shí)物圖如圖1所示。

2 水文測(cè)驗(yàn)誤差的常見(jiàn)類型

2.1 系統(tǒng)誤差

導(dǎo)致系統(tǒng)誤差的因素較多，例如，測(cè)驗(yàn)方法制定是否合理、測(cè)驗(yàn)儀器精度是否準(zhǔn)確、測(cè)驗(yàn)儀器是否滿足測(cè)驗(yàn)要求、操作是否規(guī)范合理等[12-14]。上述因素的共性便是反復(fù)性強(qiáng)，易多次出現(xiàn)，并且具有一定的規(guī)律性。因此，水文測(cè)驗(yàn)人員可以采取多次試驗(yàn)對(duì)比、儀器定期檢測(cè)、加大培訓(xùn)力度等方式，減少誤差發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 偶然誤差

偶然誤差主要是指水尺讀取過(guò)程中形成的誤差和回流、風(fēng)浪等導(dǎo)致的誤差[15-17]。水文測(cè)驗(yàn)具有一定的復(fù)雜性，內(nèi)容繁多，包括水位、流沙含量等因素，它們對(duì)水文測(cè)驗(yàn)的有效性產(chǎn)生較大的影響。水文測(cè)驗(yàn)極易受到自然因素的影響，所以難以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。如果在極端天氣進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)，就要保證觀測(cè)值精確至厘米級(jí)。人們需要保證視線和水平面平行，減少折光造成的誤差。

2.3 模型誤差

現(xiàn)如今，我國(guó)水污染依然比較嚴(yán)重，因此水處理技術(shù)的要求不斷提高。水文測(cè)驗(yàn)人員不僅需要全面掌握設(shè)備操作方法，還需要提高信息化技術(shù)的利用水平，如超聲波技術(shù)等，保證水文測(cè)驗(yàn)的精準(zhǔn)性。隨著信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，水文報(bào)告已從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)化為信息化、數(shù)字化模式，所以人們需要深入學(xué)習(xí)，優(yōu)化水文測(cè)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型，不斷降低模型誤差，提高系統(tǒng)存儲(chǔ)量，保證測(cè)算的準(zhǔn)確性[18-19]。

3 水文測(cè)驗(yàn)誤差的有效控制措施

3.1 進(jìn)一步提高水文測(cè)驗(yàn)的精準(zhǔn)性

當(dāng)前，人們需要加強(qiáng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為水文測(cè)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供技術(shù)保障，同時(shí)及時(shí)反饋和分析水文測(cè)驗(yàn)誤差問(wèn)題，將其作為典型案例，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，為日后工作的開(kāi)展提供數(shù)據(jù)參考，保證水文區(qū)域差異性、水體差異性兩者的動(dòng)態(tài)平衡。水文測(cè)驗(yàn)人員需要不斷提高專業(yè)能力，強(qiáng)化責(zé)任意識(shí)，提高工作的主動(dòng)性。首先，要選擇有利的氣象條件進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)，盡量避免在風(fēng)浪中進(jìn)行測(cè)量，尤其是深水作業(yè)過(guò)程中需要注意氣象、周邊環(huán)境對(duì)測(cè)量的影響。其次，要選擇精度較高的儀器設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，提高水文測(cè)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。最后，要對(duì)測(cè)驗(yàn)儀器進(jìn)行定期維護(hù)和檢查，確保其始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)更換老化和故障嚴(yán)重的儀器，避免影響水文測(cè)驗(yàn)，減少誤差。

3.2 強(qiáng)化水文站網(wǎng)的服務(wù)功能

一般來(lái)說(shuō)，水文測(cè)驗(yàn)的周期較長(zhǎng)，所以人們需要全面監(jiān)控水文要素，分析其變化情況，采取有效的處理措施，做好全面分析和計(jì)算，詳細(xì)記錄最終得到的數(shù)據(jù)，有效預(yù)防問(wèn)題。因此，各地政府要提高對(duì)水文站建設(shè)的重視度，加大資金支持力度;建立專門的培訓(xùn)機(jī)制，保證工作人員能夠全面掌握先進(jìn)的水文測(cè)驗(yàn)技術(shù);優(yōu)化和完善基礎(chǔ)設(shè)施，引入高性能的先進(jìn)設(shè)備，不斷提高水文測(cè)驗(yàn)水平[20-21]。

3.3 強(qiáng)化專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)，不斷提高工作人員的綜合素質(zhì)

人才隊(duì)伍建設(shè)主要包括兩個(gè)方面，一是管理人才隊(duì)伍的建設(shè)，二是水文測(cè)驗(yàn)專業(yè)人才隊(duì)伍的建設(shè)。在這一過(guò)程中，要加大水文站改革力度，不斷優(yōu)化和完善管理模式。首先，要定期組織工作人員參與專業(yè)技能培訓(xùn)活動(dòng)，不斷提高工作質(zhì)量和工作效率，做好個(gè)人素質(zhì)教育，強(qiáng)化其責(zé)任意識(shí)，使工作人員不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高專業(yè)操作能力，進(jìn)而不斷豐富工作模式，為水文測(cè)驗(yàn)工作的順利進(jìn)行奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。其次，要建立完善的水文應(yīng)急監(jiān)測(cè)機(jī)制，為防洪抗險(xiǎn)提供人才保障。最后，以完善組織機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，深入了解各個(gè)水文站設(shè)備管理情況，科學(xué)制定應(yīng)急預(yù)案，強(qiáng)化人才隊(duì)伍建設(shè)。

3.4 定期檢查相關(guān)儀器和設(shè)備，做好保養(yǎng)工作

在進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)前，工作人員首先需要對(duì)儀器、設(shè)備等進(jìn)行全面檢查，確保其處于正常使用狀態(tài)，有效防止誤差問(wèn)題的出現(xiàn)。其次，要對(duì)其功能進(jìn)行全面檢查，確保其滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，如果存在問(wèn)題，就要及時(shí)進(jìn)行解決。最后，要合理調(diào)整儀器與設(shè)備，測(cè)驗(yàn)前對(duì)其進(jìn)行校正，保證刻度的準(zhǔn)確性。除此之外，人們需要定期對(duì)儀器與設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，及時(shí)更換老舊設(shè)備[22]。

3.5 提高水文流量監(jiān)測(cè)水平，減少人類活動(dòng)的影響

水電站日常運(yùn)行階段，人們需要保證配套設(shè)施發(fā)揮其作用，如城市攔河樞紐。但是，人類活動(dòng)可能會(huì)影響水文要素變化規(guī)律，為了降低其造成的影響，管理部門需要充分掌握當(dāng)?shù)厣嫠こ滔嚓P(guān)情況，嚴(yán)密監(jiān)控水位變化情況，全面分析水文要素變化后的水文流量變化規(guī)律。人們要結(jié)合原始數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析變化后的數(shù)據(jù)，對(duì)兩者進(jìn)行對(duì)比，然后進(jìn)行總結(jié)。另外，人們需要充分了解水文測(cè)驗(yàn)工作現(xiàn)狀，詳細(xì)分析水電站活動(dòng)及人類活動(dòng)對(duì)水文測(cè)驗(yàn)造成的影響，根據(jù)所處位置，深入考慮流域內(nèi)的環(huán)境因素，合理劃分流域斷面結(jié)構(gòu)，加大法律法規(guī)宣傳力度，提高水文流量監(jiān)測(cè)水平。

4 水道斷面測(cè)量誤差分析

4.1 水深測(cè)量

水深測(cè)量是水文站測(cè)量工作的主要內(nèi)容之一，具有重要意義。目前，水文站多使用浮子式水位計(jì)監(jiān)測(cè)法，數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)偏差，主要原因?yàn)楦∽邮剿挥?jì)豎井前存在壅水，并且豎井進(jìn)水孔被雜物堵塞，除此之外，浮子式編碼傳感器、懸索的穩(wěn)定性也是影響測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。為了有效提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，減少偏差，水文站可以不再使用浮子式水位計(jì)，而是選用雷達(dá)式水位計(jì)。工作人員要嚴(yán)格遵守相關(guān)程序和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，有效解決浮子式水位計(jì)引起的測(cè)量誤差。

4.2 水面寬度測(cè)量

為了有效控制誤差，汛期來(lái)臨前，水文站通常會(huì)采取措施糾正測(cè)深、測(cè)速垂線等參數(shù)，確保其設(shè)置的合理性。為了進(jìn)一步降低水面寬度測(cè)量誤差，人們需要使用全站儀全面監(jiān)測(cè)大斷面和測(cè)流垂線，明確誤差的影響因素，如汛期水位、測(cè)量時(shí)間等[22]，不斷提高監(jiān)測(cè)精度。水面寬度測(cè)量實(shí)物圖如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

水文流量數(shù)據(jù)是十分重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但是受諸多因素的影響，水文流量測(cè)驗(yàn)容易出現(xiàn)較大的誤差。因此，人們需要切實(shí)掌握和合理使用水文流量測(cè)驗(yàn)方法，不斷提高自身技能和設(shè)備操作水平，有效提高水文測(cè)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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