水準(zhǔn)測量的誤差來源及消減方法分析

徐智

【摘 要】文中介紹了三、四等水準(zhǔn)測量的一般要求和測量中誤差的來源及消減相應(yīng)誤差的關(guān)鍵技術(shù)措施，對(duì)水文、水利工作具有重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】三、四等水準(zhǔn)測量；一般要求；誤差來源；措施

0.引言

在水文和水利工作中，水準(zhǔn)測量是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。建立測站高程控制，聯(lián)測水準(zhǔn)點(diǎn)、高程基點(diǎn)、水尺零點(diǎn)以及固定點(diǎn)等高程時(shí)，都需進(jìn)行水準(zhǔn)測量，作為水位、地下水位、冰棱、流量、泥沙等測驗(yàn)的直接或間接依據(jù)[1]。

1.三、四等水準(zhǔn)測量的一般要求

三等水準(zhǔn)路線長度一般應(yīng)不大于50km，四等水準(zhǔn)路線長度一般應(yīng)不大于15km，環(huán)形路線周長一般應(yīng)不大于40 km 。三、四等水準(zhǔn)測量應(yīng)采用不低于國內(nèi)水準(zhǔn)儀系列的S3級(jí)水準(zhǔn)儀[2]，水尺零高的測量一般應(yīng)使用S3級(jí)水準(zhǔn)儀，見表1.1。水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)采用雙面水準(zhǔn)尺。三、四等水準(zhǔn)測量在每儀器站的允許視線長度，前后視距不等差，應(yīng)符合表1，2規(guī)定，其視線高度要求三絲能讀數(shù)。三、四等水準(zhǔn)測量觀測限差應(yīng)符合表1.3的規(guī)定。往返測量高差不符值，路線、環(huán)閉合差限差應(yīng)符合表1.4的規(guī)定。

2.水準(zhǔn)測量的誤差來源及其消減方法

在水準(zhǔn)測量，由于受儀器、外界條件，以及觀測員感覺器官反映不同的影響，使測量成果存在一定的誤差。為了使成果達(dá)到規(guī)定的精度要求，對(duì)測量中產(chǎn)生誤差的原因，必須加以分析和研究，以便采取適當(dāng)?shù)拇胧┖头椒?，使測量誤差盡可能地減小或者予以消除。在觀測中，由于觀測員不細(xì)心而造成的錯(cuò)誤，應(yīng)該完全避免。

2.1水準(zhǔn)儀校正不完善產(chǎn)生的誤差

在水準(zhǔn)測量前，雖然對(duì)水準(zhǔn)儀進(jìn)行了檢驗(yàn)和校正，但是不可能做到絕對(duì)的準(zhǔn)確，例如望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸不平行，兩軸之間還有一個(gè)微小的角度i，這項(xiàng)誤差在觀測中，如果把水準(zhǔn)儀安置在前、后兩水準(zhǔn)尺的中央，可以消除這項(xiàng)由于儀器校正不完善造成的誤差。

2.2水準(zhǔn)尺誤差

水準(zhǔn)尺誤差包括水準(zhǔn)尺尺面的分劃不均勻和尺底的零點(diǎn)不準(zhǔn)等。因此對(duì)使用的水準(zhǔn)尺要用標(biāo)準(zhǔn)尺檢驗(yàn)，并檢查尺底的鐵板是否完好。

2.3讀數(shù)誤差

在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)產(chǎn)生誤差的原因，一方面是由于視差的存在，另一方面是估讀毫米時(shí)不準(zhǔn)確。視差的存在應(yīng)該仔細(xì)的對(duì)光和調(diào)節(jié)目鏡予以消除，但是在估瀆毫米時(shí)由于觀測員用十字絲橫絲在1厘米的間隔內(nèi)估計(jì)，而1厘米的分劃是通過望遠(yuǎn)鏡放大后的成像，因此毫米數(shù)估讀得是否準(zhǔn)確與厘米像的寬度有密切的關(guān)系，此外也與十字絲本身粗細(xì)有關(guān)。望遠(yuǎn)鏡放大倍率小，儀器到水準(zhǔn)尺的距離遠(yuǎn)，水準(zhǔn)尺的成像就小，估讀毫米的讀數(shù)誤差就大。所以在一般水準(zhǔn)測量中，要求望遠(yuǎn)鏡放的倍率不小于20倍，前后視視線的長度小超過100m。

2.4水準(zhǔn)尺扶持得不直產(chǎn)生的誤差

觀測員容易發(fā)覺水準(zhǔn)尺左右傾斜，如果水準(zhǔn)尺前后傾斜觀測員就 難以覺察。由于水準(zhǔn)尺向前或向后傾斜，讀數(shù)總是比豎直時(shí)要大，并且視線越高，誤差越大，所以讀數(shù)通常不宜超過2.7m。如果水準(zhǔn)尺上裝置有圓水準(zhǔn)器，當(dāng)氣泡居中時(shí)，表明水準(zhǔn)尺豎直。

2.5儀器和尺墊下沉產(chǎn)生的誤差

由于儀器和尺墊本身的重量以及地面土質(zhì)琉松的原因，儀器可能下沉，使水準(zhǔn)儀的視線降低，以致使后讀的前視讀數(shù)減小或者加大，從而使測得的高差比正確的高差大或者小。所以在安置儀器時(shí)應(yīng)該選擇在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)的地點(diǎn)，并將三腳架和尺墊踩緊，同時(shí)盡可能的加快觀測速度，以避免此項(xiàng)誤差。

2.6溫度和大氣折光的影響

在有太陽的天氣進(jìn)行測量時(shí)，應(yīng)該用傘遮住陽光，否則由于儀器受熱不勻會(huì)影響水準(zhǔn)管氣泡居中，不僅影響測量成果，而且會(huì)損壞儀器。根據(jù)研究，當(dāng)溫度變化10℃時(shí)，i角變化可能達(dá)到1～2″，有時(shí)還可能發(fā)生突變。

由于大氣折光的影響，視線是彎曲的，使實(shí)際讀數(shù)比水平視線的讀數(shù)小。在平坦地區(qū)，如果前、后視距離相等，視線受折光的影響相同，大氣折光差可以消除。如果在山區(qū)，水準(zhǔn)路線始終是上坡或下坡，前、后視視線受折光的影響就會(huì)有較大的差異。所以只有把視線縮短，使視線距地面有一定的高度，可以減少大氣折光的影響。

3.結(jié)語

上述三、四等水準(zhǔn)測量中的各項(xiàng)誤差來源，都是采用單獨(dú)影響進(jìn)行分析，由于隨機(jī)誤差還有相互抵消的特點(diǎn)，會(huì)自行抵消一部分，在實(shí)際中是綜合影響。測量中只要注意誤差來源，采取相應(yīng)措施，嚴(yán)格 執(zhí)行SL58-93《水文普通水準(zhǔn)測量規(guī)范》的各項(xiàng)規(guī)定，測量誤差將會(huì)大幅減少，從而提高測量精度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]水利部.水文測驗(yàn)實(shí)用手冊(cè).北京：中國水利水電出版社，2013，02.

[2]水利部.水文普通測量規(guī)范（SL58-93）.北京：中國水利電力出版社，1994，01.