水文測驗中測流誤差及控制措施分析

郭輝 孟春麗

【摘? 要】對于水文測驗而言，其所得到的數據的準確性和可靠性直接影響著水資源管理，因此減少水文測驗的誤差有著至關重要的意義。測流是水文測驗的一個重要內容，常用的測流方法包括流速儀測流法、測船測流等，通過分析不同測流方式誤差產生的原因能夠更好地對于誤差加以防治，從而提高測流的精度。因此對于水文測驗中測流誤差及防治措施進行研究有著非常重要的意義。

【關鍵詞】水文測驗;測流誤差;控制措施

1水文測驗內容

第一，原始數據采集。在水文測驗站點，通過人工、機械、設備或自動化儀器等手段和措施，采集河流、湖泊或水庫等水域的降水量、水位、流速、流量、蒸發(fā)量、泥沙含量、水溫、水質、土壤含水量及地下水狀況等各種原始的水文因素數據，并對采集的原始數據進行記錄。第二，水質取樣化驗。按有關技術標準、規(guī)程規(guī)范根據水文工作具體要求，將河流、湖泊和水庫等水域采集到的一定數量的原水水樣，送到實驗室，通過化學手段和方法，對水樣化學成分進行化驗，獲取大腸菌類、砷、鎘、鉻、鉛、汞、硒、氰化物、氟化物、硝酸鹽、三氯甲烷、四氯化碳、溴酸鹽、甲醛、亞氯酸鹽、氯酸鹽、色度、渾濁度、臭和味、pH、溶解性總固體、總硬度、耗氧量、揮發(fā)酚類、陰離子合成洗滌劑、鋁、鐵、銅、鋅、氯化物、硫酸鹽、總α放射性、總β放射性等微生物、毒理、感官性狀、放射性物質指標參數。水文觀測站點性質不同，水質化驗項目不同。第三，數據初步整理。對采集到的原始水文數據和實驗室化驗結果進行甄別，去偽存真，去粗取精，并對有異議、不符合常規(guī)性的水文數據和實驗室化驗結果進行分析，重新評判。必要時，組建專家組專題進行研究，確保取得的水文數據和實驗室化驗結果的合理性和可靠性。第四，資料整編分析。在確保采集到的水文原始數據準確無誤的基礎上，分門別類，以單站為單位，對水文要素統(tǒng)一進行調整、分類和項目劃分，并進行系統(tǒng)分析和審查，提出水文資料分析處理報告，并按有關要求，對基本站網的各項資料、實驗站和小河站及其配套雨量站的各項資料、專用站對基本站網具有補充作用的資料、水量調查資料、暴雨調查資料、洪（枯）水調查資料進行編制、刊印成系統(tǒng)的水文年鑒，供水利行業(yè)及國民經濟建設其他行業(yè)參考。

2水文測流現狀

“十二五”以來，國家大力發(fā)展水利事業(yè)，水文事業(yè)快速發(fā)展，許多新技術、新設備，如電子技術、計算機技術、遙感技術、現代通訊技術、智能測控技術等被應用到水文測驗中，逐步建成了以水文纜道和水文絞車為主、水文測船和橋測設備相結合的水文測驗方式，大大降低了水文工作強度，提高了水文數據精度，促進水文服務向著程序化、自動化方向發(fā)展。在水文事業(yè)大發(fā)展的同時，使用現有水文測驗手段進行測流還存在一些不足，具體表現為：（1）水文測站點多面廣，人員設備不足。我國地域遼闊，水文站點數量多、分布廣。隨著中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設項目的推進，新增多個水文測站，同期人員編制卻有所縮減，導致水文測驗人員配置緊張、部分站點無人值守、測驗設備缺少。（2）部分測站自然條件受限，不適用常規(guī)測驗方式。目前，大部分地區(qū)水文測站流量測驗采用水文纜道或者船載ADCP，測流方式受地形條件、河流形態(tài)、特殊水情等多種自然因素影響。如：大江大河站點斷面較寬，不適合布設水文纜道;船載ADCP適用中水測流，不適用流速較大的站點測流。（3）災后人員設備受阻，無法開展水文測驗。汛情災情結束后，若出現測驗設施毀壞或沖走、水面漂浮物過多儀器無法入水測流、山體滑坡人員及測量儀器無法到達測流現場等;災后恢復重建期，人員設備無法進入現場開展水文測驗工作，將失去獲取現場水文資料的最佳時機，造成資料缺失。

3水文測驗測流誤差分類

從水文測驗的實踐過程可知，在水文測驗過程中造成的誤差的原因主要分為以下幾個方面。一方面，主要由于技術操作人員的工作失誤，即出現了“偽誤差”，主要表現為在工作中，對信息測量數據記錄錯誤、讀數錯誤、計算錯誤等，而這類誤差在實際水文測驗過程中是不允許存在的，對水文測驗工作會造成嚴重的影響。例如，通常采用面積包圍法進行數據處理，由于所需數據相對繁雜，在數據錄入過程中，容易出現數據輸入錯誤，導致后面的數據計算錯誤。另一方面，表現為系統(tǒng)誤差和偶發(fā)性誤差。在實際數據測算過程中，系統(tǒng)誤差主要由于水文測驗工作測量設備或測量條件中的某些特定因素的系統(tǒng)性影響，導致測量結果中存在誤差，即系統(tǒng)誤差。實際工作中，在相同測量條件中的多次測驗中，系統(tǒng)誤差的大小與符號也常常變化，有時還會呈現一種特定的變化規(guī)律。偶發(fā)性誤差表現形式多為隨機性，其誘發(fā)原因多為不可抗拒因素，包括水流流速的突變、氣候變化導致水文現狀發(fā)生轉變等。

4水文測驗中測流誤差的控制措施

4.1測船測流法誤差防治措施

在采用測船測流法進行測流時，為提高測流精度，主要應該采取以下幾個方面的措施：首先是加強對于所使用儀器設備的校調，避免由于設備因素而引起誤差。其次，還需要加強對施測方法的控制，合理布置測速垂線上的測速點位置，避免因測速點位置布置不合理而引起的誤差。斷面的測深測速垂線應該盡量保持一致，并且將其位置固定，如果斷面為沖淤斷面，那么在測流過程中可以依據淤積的變化動態(tài)地對于岸邊垂線的位置加以調整。如果需要在沖淤多變斷面布設測深測速垂線，還可以在流速最大、水深最大及轉折點處增加相應的輔助垂線。在斷面進行測線的布設時，必須要依據實際的測流要求對于測線的條數以及每一條測線上測點的數量加以確定，以常測法和精測法為例，其在不同情況下最少的測速垂線數目如表2所示。此外，合理地布置測線，保證測速垂線的數目和位置準確合理，以有效地避免在測流過程中出現誤差。最后，還需要把握好測流的時機，應該盡量避開紊流，從而保證測流的精度。

4.2超聲波法測流誤差控制措施

要想有效地控制超聲波法測流誤差，首先必須要依據測流的具體要求選擇合適精度等級的超聲波流量計;對于精度要求較高的水文測驗項目，可使用精度等級高的流量計，而對于精度要求較低的水文測驗項目，則可以采用精度等級相對較低的流量計，從而減少因儀器選擇不當而引起的誤差。其次，還需要注重對流量計的維修和保養(yǎng)，必須要定期對于探頭進行清理，以避免由于儀器損耗老化而引起的誤差。最后，為避免瞬時流量波動大所導致的誤差，需要注重對探頭位置的調整，以提高信號的強度，確保信號強度穩(wěn)定。如果流體本身的波動就較大，可以重新選擇位置放置流量計，以減小誤差。而為了避免溫度對超聲波法測流精度的影響，可以采用聲速誤差補償的方式。當水溫在0℃―50℃時，可以采用如式（1）所示的擬合公式對于聲速進行擬合;當水溫在50℃―100℃時，可以采用如式（2）所示的擬合公式對聲速進行擬合，然后再將擬合得到的超聲波速度用于計算之中，即可提高測流結果的準確度，減小誤差。

C=-0.03956t2+4.671t+1407（1）

C=-0.01975t2+2.959t+1444（2）

5結束語

水文測驗中，測船測流法和測速儀測流法是兩種較為常用的測流方式，在應用這兩種測流方法時往往會受到多方面因素的影響進而產生誤差。文章分析了以上兩種測流方式常見誤差產生的原因，提出了相應的防治措施，為進一步提高測流精度，保證水文測驗結果的準確性，提供了新的參考途徑。

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（作者單位：河南省鄭州水文水資源勘測局）