水文測驗的誤差分析及其對策

亞力坤·馬合木提

(昌吉水文水資源勘測局，新疆昌吉831100)

水文測驗的誤差分析及其對策

亞力坤·馬合木提

(昌吉水文水資源勘測局，新疆昌吉831100)

水文測驗工作對水資源的有效管理有著重要的現實意義，而在水文測驗工作中，常常需要測量來完成信息的收集與整理。同時，又因為當前我國科技水平的限制，使得水文測驗工作中存在著一定的誤差。誤差的產生是必然的，但是，為了提高我國水文測驗工作的準確性，要盡量縮小誤差的范圍。因此，文章在探究影響水文測驗工作中測量誤差的各種因素的基礎上，對水文測驗工作中的具體誤差進行了分析并提出了相應的限制方法。

水文測驗;誤差分析;對策

0 前言

在水文測驗工作中，我們常常需要通過大量的測量工作來完成對流域內各種信息的采集與整理。而由于當前科技水平的限制，對于水文情況的測量往往與其的真實數值有所差距，這種情況，在數理統計中叫做誤差［1］。

盡管，測量結果中的誤差是必然的，但仍需對測量誤差進行控制，使其能夠控制在一定的范圍之內，從而提高水文測驗工作的準確性。

所以，現階段，要對測量誤差的分類進行探究，并在此基礎上，分析水文測量工作總的誤差來源，以進一步探討這些誤差的限制方法。

1 誤差理論

關于誤差的術語及理論歷史較長，也為廣大計量工作者所熟悉。但由于原來的誤差定義操作性不是很強，致使各個領域的理解和應用存在著一定的異，甚至于產生不應有的錯誤。目前在《VIM》和《通用計量術語及定義》JJF1001—1998中，誤差的定義是:測量結果減去被測量的真值。當有必要與相對誤差相區別時，此術語有時稱為測量的絕對誤差。注意不要與誤差的絕對值相混淆，后者(誤差的絕對值)為誤差的模。誤差之值只取一個符號，非正即負。由于真值不能確定，實際上用的是約定真值。誤差應該是一個確定的值，是客觀存在的測量結果與真值之差。但由于真值往往不知道，故誤差無法準確得到。誤差與不確定度是完全不同的兩個概念，不應混淆或誤用。對同一被測量無論其測量程序、條件如何，相同測量結果的誤差相同;而在重復性條件下，則不同結果可有相同的不確定度。

2 水文測驗工作中的誤差分類

水文測驗工作中的誤差分為偽誤差、系統誤差和偶然誤差3類。

2.1 偽誤差

由于測驗人員的粗心大意，或者是測驗設備的故障所造成的測量誤差，稱為“偽誤差”。對于測驗工作中對信息數據的測量錯誤、讀數錯誤、記錄錯誤、計算錯誤等，這些不該存在的誤差，就是偽誤差。

這一類的誤差，在實際工作中，可以通過檢查與驗算等方式被及時有效地發現并糾正，否則將會對水文測驗工作帶來極為不利的負面影響。在實際的水文測驗工作中，偽誤差是不允許存在的［2－3］。

2.2 系統誤差

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性影響，導致測量結果中存在的誤差，就是系統誤差。

實際工作中，在相同測量條件中的多次測驗中，系統誤差的大小與符號也是常常變化的，有時其還會呈現出一種特定規律的系統性變化［4］。

一般情況下，在相同的測量條件與工作程序中的系統誤差，一般在數值上呈現一定的函數規律。

產生系統誤差的影響因素有很多。比如說，由于測驗人員的工作習慣，單方面認為測驗目標值會偏于某一次，從而使得測驗結果帶有一定的系統誤差，這一類的誤差，被稱為人為誤差。

由于測驗設備自身的誤差所導致的測驗結果誤差，則屬于儀器誤差。再者，風向、風力、溫度以及大氣折光等環境因素的影響，也會導致水文測驗工作中產生誤差［5－6］。

而要減小系統誤差，首先總結系統誤差出現的規律，并設法計算出它的數值范圍，以盡量地將測驗結果準確化。

再者，還要改進測驗儀器的結構，并結合準確、規范的測驗方法來縮小系統誤差數值與真實值之間的差距，提高水文測驗結果的準確性。

系統誤差為在重復性條件下，對同一量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量真值之差。由于系統誤差及其原因不能完全獲知，因此通過修正值對系統誤差只能有限程度的補償。當測量結果以代數和與修正值相加之后，其系統誤差之模會比修正前的要小，但不可能為零。

2.3 偶然誤差

在水文測驗工作中，各種偶然發生的隨機因素，對于測驗結果所產生的影響就被我們稱為偶然誤差，有時也稱為隨機誤差［7］。對于偶然誤差，其沒有特點的規律，但從偶然誤差的整體來看，其還是存在一定的統計規律的。

3 水文測驗工作中具體誤差的來源與限制方法分析

3.1 水位觀測的誤差分析與解決對策

3.1.1 回流、雍水以及風浪引起的誤差

對于這一類的誤差，縮小其誤差范圍的主要方法具體有3種:

1)對測驗流域的特定階段進行實地考察與勘查，對于水尺的設置，也應盡量避免回水、跌水以及漂浮物等對其所造成的誤差影響。

2)將水尺樁制作成流線形或是菱形，從而在一定程度上減小急湍對其造成沖擊，并降低雍水和晃動對其的測驗結果造成誤差的幾率。

3)避免風浪對水尺造成影響。

3.1.2 水尺直接讀取時的人為誤差

這一類的誤差是由測驗人員自身的失誤所造成的，因此，在水文測驗工作中，測驗人員應加強自身的嚴謹性，從而進一步提高水文測驗工作的準確性。

1)當測驗人員觀測水位時，要蹲下身體，使視線盡量接近水面，最大程度地減小視覺誤差所造成的人為誤差［8］。

2)當水文測驗工作進行時，受到風浪的干擾，對于觀測數據，應該取＞3次波峰與波谷讀數的均值作為水位的觀測值。

最重要的一點是，水文測驗工作的測驗人員在進行觀測與數據記錄時，應時刻保持高度的謹慎性與高水平的職業素質，從而最大程度地保持水文測驗工作的準確性。

3.2 流量測驗的誤差分析與解決對策

對于水文測驗工作中的流量測驗，常用的方法是用常規流速儀來測驗流量。而采用常規流速儀來對流量進行測驗時，其所產生的誤差主要包括7個方面。

1)垂線各層的檢測點在進行有限測速時，檢測時間不足所造成的流速脈動影響測量誤差。

2)測量設備影響，即常規流速儀的性能不佳給測量工作造成的誤差影響。

3)測流斷面設置的垂線數量不夠，所造成的測量誤差。

4)由于測速垂線的檢測點數量不足，從而導致了在進行垂線平均流速計算時，出現了誤差。

5)斷面面積的計算與測量誤差，而導致這一誤差出現的影響因素有，水位觀測不準確，斷面測量的測量誤差以及流域內河流河床的自然變化等。

6)因為測試垂線的各個層次的觀測時間不同，而對于流速流向的推算又是以同一時刻的流量速度為基準，從而使得其存在了一定的誤差［9］。

7)水流紊流與回流影響。

由于造成流量測驗誤差的方面較多，所以，對于縮小其誤差范圍的方法也較多，本文所介紹的大體包括8類:

1)在對測流斷面進行選擇之前，應改對實地現場進行考察與踏勘，從而選擇滿足順直、穩定以及水流集中、沒有水草等條件的地方，從而便于對水文情況的觀測，以及容易設置測量設施的流域，以充分、有效地收集與整理有效的測區水深的地形資料。

2)對于流量測驗的常規流速儀，在其出廠之前就要對其進行嚴格的質量檢驗，同時，在實際測驗過程中，還應增加分級流速、不同水流和輸沙特性條件下的水文情況測驗，以最大程度地提高流量測驗的準確性。

3)盡量減少斷面面積測驗的影響因素，在實際的測驗工作中，水位觀測的不準確、斷面測量的誤差以及流域河道內河床的自然變化等因素都會對斷面面積的流量計算產生一定的影響。

所以，要在實際操作中，加強對測驗環境與方法的具體實施，以切實加強水文測驗工作的有效性。

4)在實際工作中，切實根據水位漲落、河岸沖淤等具體測驗情況，來及時地調整或補充測速垂線。

5)在流速流向的觀測的同時，還要對斷面水深測量和水位河心比降進行測量，從而進一步提高對河心比降以及河床沖淤情況的準確掌握程度。

6)要切實降低流速脈動對測速精度的影響，要確保觀測點的測量時間≥100 s，同時，對于流速變率受潮水影響較大的流域階段，測量時間也≥50 s。

7)紊流是影響水流因子測量精度的介質本性，而流速的紊流脈動速度和方向是不斷變化的，所以，其規律基本是從水面到水底開始逐漸增強的。但是，增加測量時間卻能夠有效地減弱水流紊流對流量測量精度的影響。

8)由于垂線各個層次觀測時間都不盡相同，所以，為了準確計算垂向的平均值，應該首先繪制各個層次的實際測流速流向的過程曲線。然后再根據這一過程曲線來推算出各個測量點在同一時刻的流速流向。

同時，為了進一步減弱測流跳變點對過程曲線的影響，還需對突變點進行修勻，以最大程度地減小整點流速流向誤差對流量測驗的影響［10］。

3.3 懸移質泥沙測驗的誤差分析與解決對策

對于水文測驗工作中的懸移質泥沙測驗，其所產生的誤差一般包括隨機誤差和系統誤差兩種，而其誤差則主要來源于泥沙測驗儀器與垂線泥沙取樣方法的不同，泥沙脈動影響以及水樣處理方式的不同等。

而對于縮小泥沙測驗的誤差范圍，其具體的解決對策有以下5點:

1)在實際工作匯總，要盡量選擇管嘴積沙少、管壁黏沙少且沒有出現過突然灌注的測量儀器。同時，還應在測驗之前，對儀器進行率定試驗，以盡力縮小誤差的范圍。

2)采用光電濁度儀，并結合烘干稱重法來對實驗進行反復檢驗，最終以其均值作為測驗結果。

3)對于測流測速試驗與泥沙測驗，應盡量保持兩者在同一測驗垂線上進行，從而使得觀測層次以及觀測時間能夠保持一致性，以切實降低誤差與真實值之間的差距。

4)還可以在實際工作中，采用積時式采樣器來對泥沙進行采樣，這樣可以在一定程度上降低泥沙脈動所帶來的影響誤差。

5)還可以根據側沙斷面的情況來切實確定垂線的數量，同時，還應保持垂線位置的均勻分布，從而更好地對斷面含沙量的變化情況進行有效掌握。

4 總結

在當前的水文測驗工作中，信息數據的收集與整理不可避免地會在一定程度上受到誤差的影響。盡管在實際工作中，誤差是必然存在的，但我們仍要認真分析各種水文測驗工作中誤差的影響因素以及有效地限制對策，從而切實提高水文測驗結果的準確性，以增強我國水文測驗工作的實效性，保證我國水資源管理工作的有效進行。

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［2］李雙偉.水文測驗誤差分析及對策［J］.科技創新與應用，2013(13):154.

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［6］尹勇.水文測驗工作面臨的問題及對策［J］.中國新技術新產品，2011(19):50.

［7］時鈞，樸官寶.淺談水利工程對水文站水文測驗的影響［J］.吉林農業，2012(02):210.

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［9］邢壽文.水文測驗面臨的新問題及應對措施［J］.現代農業科技，2008(24):341 －342.

［10］馮俊杰.水文測驗面臨的新問題及其對策［J］.山西水利，2007(01):48－49.

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1007－7596(2014)06－0214－03

2014－03－18

亞力坤·馬合木提(1960－)，男，新疆和田人，高級工程師。