水文測驗誤差分析及對策

摘 要：文章主要介紹了計量工作中的誤差理論基礎，分析了水文測驗中的測量結果的誤差的來源，并總結了新時期的水文測驗工作人員所面臨的問題。

關鍵詞：水文測驗；隨機誤差；系統誤差

引言

進行數模試驗時需要同時具備相關的水文資料，也就是說得同步進行水文觀測試驗、流速和流量觀測試驗、懸移質含沙量試驗、比降觀測試驗和顆粒級配分析試驗等，在進行上述相關的水文觀測試驗后，得到水文要素數據資料，并對其進行整理和分析。水文要素試驗數據的采集和整理過程中普遍存在較多的誤差。在水文測驗工作當中，一般都采用精簡分析的方式，依據具有一定代表性的水文測驗地區、時段以及測次，進行精密的測量。根據常見的規則對觀測資料進行精密的抽取，將精簡得到的數值于標準值進行對比得到的相對差作為精簡偏差，以統計指標滿足相關要求為基本原則，來確定水文測驗方案。水文測驗中常見的應用對比分析方法是得到大多數工作人員的認可的。通常在確定或鑒定一種新的儀器或測驗方法時，選定一種普遍公認較好的方法或儀器作為參照標準，兩者同步進行測量，所得結果的相對差值作為評價新儀器或新方法的優劣的依據。文章主要通過水文測驗誤差理論的分析來提出如何減弱誤差并提高水文測驗數據精度。

1 水文測驗誤差理論

各種計量工作中都會涉及到誤差的概念，由于最初對于誤差的認識不同而導致不同領域對于誤差操作處理也存在差異。由于計量的真值是不可知的，通常用的是約定的真值。客觀上講，誤差值是一個真值與測量值的相對差值，是確定的。但由于真值的不確定性，所以誤差的大小也是不能準確的表現。對于在同一測量方案中，無論其測量程序與條件的差異如何，相同的測量值中的誤差是一致的，而在重復測驗過程中，由于誤差的不同其結果是不能保持一致的。通常在檢定工作中，一般規定用于檢測的儀器的最大允許誤差為其擴張不確定度的3～10倍，而通常一個測量過程中具有相同程序和條件的檢測儀器的不確定度是相同的，只要測試誤差在最大允許誤差范圍內，結果就是合格的。

1.1 隨機誤差

現代人們將隨機誤差定義為：在重復性的水文測驗過程中，同一被檢量的無限次測試結果的平均值與測驗結果的差值。而實際操作中，只能進行有限次的重復性測量，所以通常的測驗結果中的隨機誤差值只是理論隨機誤差的一個估計值。隨機誤差的變化是由于其影響因素的時空變化導致的，因而這種時空變化也被人們稱為隨機效應。隨機誤差的計算如式（1）所示：

隨機誤差 =y∞- yi （1）

式中：yi為被測量 Y 的某一個測量結果，y∞ 為重復性條件下無限多次的測量結果的平均值。很明顯，由于yi等于真值、系統誤差與隨機誤差這三者的代數和，而y∞等于真值與系統誤差的代數和。在y∞中的隨機誤差為零。因此：隨機誤差是隨著每一次的測量結果的變化而呈現不同的結果；隨機誤差的大小是與每次測驗結果有關的，而不是普遍適用的；隨機誤差或正或負；無限多冊測量結果隨機誤差的代數和的期望為零。

1.2 系統誤差

系統誤差的定義為：在相同條件下，重復無限次測量結果的平均值與測量真值的相對差值。一般對于系統誤差的成因和其值大小不能準確得到，只能通過對系統誤差進行修正來補償。當測量結果的代數和與修正值進行加法計算后，所得的系統誤差的模較修正前更小，而不會為零。通常的系統誤差的影響因素都是人們已經識別出的，而稱之為系統效應。系統誤差的表現形式為：

系統誤差 = y-y∞ （2）

式中：y為被測量，這里用以表示真值。很明顯，y∞ 只是真值與系統誤差的代數和，其差自然是系統誤差。因此：通常情況下系統誤差并不就是等于某次測驗的值，而是在相同條件下重復性測驗結果中有相同的值；由于真值是不能夠通過常規測量手段準確獲知的，且系統誤差只能進行有限次數的測量而得到其平均值與約定真值的差值，所以通常的系統誤差知識理論系統誤差的一個估計值；對于測量儀器而言，我們把系統誤差稱之為偏移量。

2 水文測驗誤差來源與對策

文章針對流量流速測驗和懸移質泥沙測驗的誤差來源進行分析。

2.1 流量流速測驗的誤差

常規的流速儀進行流量流速測量的誤差，其主要來自于以下幾個方面：流速儀測量時其垂線進行不同水層測速時，時間不足而導致流速脈動引起流速測量誤差；常規的流速儀所具有的率定誤差導致的流速測量誤差；對某一測流斷面上所布置的垂線數目較少引起測量誤差；測速垂線所布設的測試點位較少引起平均值計算誤差；測速斷面的水位觀測誤差、斷面測量誤差及河床的變遷引起的斷面截面積計算與測量誤差；測速垂線的不同層次的觀測時間不一致而導致對于同時刻的流量流速計算值誤差；測速時的水流穩流以及回流都會造成一定的誤差。

2.2 懸移質泥沙測驗的誤差

懸移質泥沙測驗的誤差同樣也包括隨機誤差和系統誤差，其誤差主要來源于泥沙測驗儀器、垂線泥沙取樣方法的不同、泥沙脈動影響、水樣處理方式不同、斷面流量流速測驗誤差以及斷面測沙垂線數量的多少等。降低泥沙測驗誤差的對策有以下幾點：選擇管嘴積沙少、管壁粘沙少且沒有出現過突然灌注的測量儀器，并應在測驗前進行率定試驗；采用光電濁度儀并結合烘干稱重法來反復試驗3次，計平均值；保持測流測速試驗與泥沙測驗在同一測驗垂線上進行，并使得觀測層次、觀測時間一致；采用積時式采樣器進行泥沙采樣可以降低泥沙脈動帶來的影響誤差，或可以在使用瞬時式采樣器進行采樣時使用垂線混合法進行分析；測驗的垂線應選擇具有一定代表性的位置作為取樣點，根據水深情況確定取樣點數；根據側沙斷面的情況來確定垂線的數量，并保證垂線位置均勻分布，且使得其中間密、兩邊疏，從而可以更好地控制斷面含沙量的變化情況。

3 新時期水文測驗面臨的新問題

當代的水文測驗方式較以往已經發生了較為深刻的變化。人類活動對于水文測驗的影響更加明顯，水文測驗工作也帶來較多的新的問題需要引起有關人員的重視。隨著社會經濟建設的發展和人口密度的增加，水文測驗工作在新時期遇到一些問題。需要水文測驗工作人員根據河道變化情況，掌握河道行洪規律，采取有效的測驗方案。隨著現代社會文明的進步，科學技術不斷向前發展，水文工作中也較為廣泛地應用各種高新技術，如計算機測流系統、超聲波水位測量計、固態存儲系統以及計算機網絡等，要求水文測驗人員在掌握傳統的水文測驗基礎上，順應時代的變遷，努力提高科學技術水平，掌握高科技的水文測驗方式。努力改進常規測驗儀器設備配備的基礎上，使水文巡測系統的機動、快速反應能力和自動測報能力得到提升，實現重點地區、重點水域的自動測報系統。提高水文測驗的綜合檢測實力，以適應新的歷史時期對水資源管理的新要求。

4 結束語

水文測驗工作中，需要工作人員掌握一定的水文地質知識，還需要認識到計量誤差對于測驗結果的影響，認真分析各種水文測驗工作中誤差的影響因素，總結如何降低測驗誤差，對于提高水文測驗結果的精度具有積極的意義。

參考文獻

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