水文測船測流誤差分析與研究

劉旭

摘 要 隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，以及人民群眾對自然環(huán)境尤其是水資源的保護(hù)和需求的提高，水文水資源領(lǐng)域的管理工作也顯得日益重要。依靠水文監(jiān)測取得科學(xué)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，成為水利規(guī)劃、防汛抗旱水利工程管理等水資源管理工作的重要主要依據(jù)。因此，通過水水文監(jiān)測獲得天然河流及水利工程地區(qū)和得到經(jīng)調(diào)控后的各種徑流資料，已經(jīng)成為水文監(jiān)測工作中的一項重要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 水文測船測流；誤差；分析；研究

中圖分類號：P332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0143-01

水文監(jiān)測所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，嚴(yán)重影響著水資源管理及各項重大決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，因此降低監(jiān)測過程中的誤差，提高水文監(jiān)測的精準(zhǔn)度是水文監(jiān)測工作者面對的重要課題。所以，筆者對水文觀測中通過測船測流法進(jìn)行水文監(jiān)測中存在的誤差展開分析與探討。

1 誤差簡介

在任何取得數(shù)據(jù)的工作中，涉及數(shù)據(jù)的取得都允許在一定數(shù)值范圍存在誤差。這些數(shù)據(jù)誤差的出現(xiàn)不外乎來自設(shè)備本身、設(shè)備操作、檢測方法、人員、環(huán)境等方面因素，這是因為任何檢測都是人利用設(shè)備進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集過程。在通過水文監(jiān)測取得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的過程也不可避免的存在誤差，例如采用不同設(shè)備而導(dǎo)致的由設(shè)備性能不同導(dǎo)致的誤差；檢測方法不同導(dǎo)致的誤差；水面波動、氣候及風(fēng)力影響等環(huán)境因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差等，各種復(fù)雜因素導(dǎo)致的各種數(shù)據(jù)誤差的情況。尤其是水文監(jiān)測的特殊性導(dǎo)致誤差的情況。按理論要求，水位測量值取的是某一時間點的數(shù)據(jù)，但在實踐操作中，由于水位及流量的不停變化，如按理論取得某時間點的水位值，則無法真實反映水位的實際情況，因此，在實際取得的水位測量值時，通常取的是某一時間段的平均值。因此，水文監(jiān)測過程中存在的誤差通常出現(xiàn)在取平均值或綜合值的過程。

2 水文測船測流誤差分析與研究

在我國，水文測流的方法通過近半個世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)逐漸形成了相對完善的體系。目前，其中流量監(jiān)測技術(shù)除了比較常用的纜道測流以外，還有超聲波測流、測船測流、水利法測流等。在檢測中小斷面水域的水位時，通常采用纜道測流的方法，而測船測流技術(shù)則通常應(yīng)用在檢測大斷面水域。本文主要探討的測船測流法就是將測船作為主要測量設(shè)備，利用絞車操控流速儀在相應(yīng)的河段水域展開水流水速的檢測，因此在實際工作中，通常也將這種測量方法稱為測船絞車測流法。具體的操作過程是將測船停泊在指定的測量地點，然后將流速儀固定在絞車上，并且在每條垂線的指定地點開始檢測，這之后利用絞車及垂線測出水深，最后通過平均流速和斷面面積計算出流量的綜合值。之所以在實際工作中通常采用測船測量的方法，是因為這種方法具有測流范圍廣、檢測成本低等優(yōu)勢。但是，測船測流法在檢測過程中，由于是否能確保所有測速垂線、測深與測流橫斷面、垂線起點均一致，對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性會產(chǎn)生較大的影響。由于在實際測量中，對檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性影響較大的因素較多，所以在測量過程應(yīng)注意控制好垂線位置，降低測量誤差。下面通過兩種方法，對測船測流誤差進(jìn)行分析。

2.1 儀器交會法誤差分析

根據(jù)上文分析所得，在使用測船測流檢測水位數(shù)據(jù)時，可以通過保證垂線在處于同一斷面減少檢測過程中的數(shù)據(jù)誤差。在實際檢測過程中通常采用利用光學(xué)儀器的方法，判定垂線是否在同一斷面，然后利用基線公式對斷面的實際位置進(jìn)行測量，以確保垂線位置統(tǒng)一。當(dāng)下使用較為廣泛的儀器交匯法包括六分儀、平板儀以及經(jīng)緯儀交會法等。我們以采用經(jīng)緯儀交匯法進(jìn)行檢測為例，在進(jìn)行關(guān)于距離的測算時，將經(jīng)緯儀放置在基線終點的位置，然后測量垂線與斷面之間的角度，并將之設(shè)為Φ，根據(jù)正弦定律計算出起點的D的距離，D=LsinΦ/sin（α+Φ），L代表基線長度，α表示斷面與基線的夾角，由計算公式可見，以儀器交會法測量起點距的精度，與交會角和基線長度有很大關(guān)系。

2.2 GPS法誤差分析

在實際檢測過程中之所以常常選擇儀表交匯法，是因為其操作簡便。但由于受光線、氣候等客觀條件影響，卻容易在測量過程難以確保垂線始終在同一斷面，而使檢測數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大的誤差。但是通過將GPS定位技術(shù)引用到水溫計數(shù)檢測中后，很多之前難以解決的技術(shù)難題，都迎刃而解。利用GPS技術(shù)關(guān)于檢測指標(biāo)的定位準(zhǔn)確度極高，而且不受檢測寬度、氣候、光線等因素的影響，并且在檢測過程中也不需要在斷面兩側(cè)樹立剛標(biāo)作為依照。GPS定位技術(shù)將測船測流技術(shù)引進(jìn)了新的發(fā)展階段。但是GPS定位測量法也不是一點誤差沒有的，導(dǎo)致其產(chǎn)生誤差的原因主要有以下3個。

1）由衛(wèi)星導(dǎo)致的偏差。由于衛(wèi)星方面導(dǎo)致的誤差，通常是由于衛(wèi)星歷、衛(wèi)星鐘等存在的偏差和錯誤產(chǎn)生的。GPS是通過衛(wèi)星進(jìn)行定位，衛(wèi)星定位的時間點取決與衛(wèi)星鐘和衛(wèi)星歷。然而由于衛(wèi)星跟蹤站的多少及其分布的科學(xué)性、衛(wèi)星軌道模型等因素的產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致衛(wèi)星的位置產(chǎn)生偏差，從而導(dǎo)致了GPS定位技術(shù)在應(yīng)用時產(chǎn)生了誤差。關(guān)于避免這方面誤差的建議是，在實際測量中利用衛(wèi)星跟蹤定軌技術(shù)，將衛(wèi)星星歷軌道設(shè)定為初始值。另外，衛(wèi)星鐘產(chǎn)生的誤差，則是由于衛(wèi)星頻率與地面靜止鐘的頻率之間的偏差導(dǎo)致的。

2）由于衛(wèi)星信號傳播偏差導(dǎo)致的誤差。由于衛(wèi)星信號在傳播途中受到電離層折射、對流層折射等干擾因素的影響，使其傳播的準(zhǔn)確性受到影響。例如，衛(wèi)星信號在遇到電離層時，會發(fā)生彎曲折射現(xiàn)象，這種情況將使其傳播速度發(fā)生頻繁改變，而致接收到的信號出現(xiàn)偏差。

3）由于接收設(shè)備導(dǎo)致的誤差。在測量過程中使用GPS定位技術(shù)，通常是利用位置準(zhǔn)確的接收天線進(jìn)行接收衛(wèi)星信號數(shù)據(jù)，但是實際工作中，由于受到氣候、方向等因素的影響而使衛(wèi)星信號強度發(fā)生變化，這樣已經(jīng)固定的天線位置相對變化的衛(wèi)星信號就有偏差，不再準(zhǔn)確，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差。

3 結(jié)束語

隨著電子信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)等先進(jìn)的檢測輔助措施和技術(shù)越來越廣發(fā)的應(yīng)用于水文檢測領(lǐng)域，在豐富檢測手段、提高檢測效率和質(zhì)量的同時，新的問題和由于新技術(shù)帶來的誤差也將出現(xiàn)。所以，在水文監(jiān)測領(lǐng)域的工作人員，在掌握先進(jìn)技術(shù)的同時，也需要深入分析、思考新技術(shù)可能導(dǎo)致的誤差及其產(chǎn)生原因，并且通過學(xué)習(xí)、探討使新技術(shù)的應(yīng)用揚長避短，促進(jìn)水文測量領(lǐng)域新的發(fā)展。

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