水文測船測流誤差分析與研究

劉旭

摘 要 隨著城市化和工業化進程的推進，以及人民群眾對自然環境尤其是水資源的保護和需求的提高，水文水資源領域的管理工作也顯得日益重要。依靠水文監測取得科學可靠的基礎數據，成為水利規劃、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。因此，通過水水文監測獲得天然河流及水利工程地區和得到經調控后的各種徑流資料，已經成為水文監測工作中的一項重要內容。

關鍵詞 水文測船測流；誤差；分析；研究

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

水文監測所得數據的準確性和可靠性，嚴重影響著水資源管理及各項重大決策的科學性和準確性，因此降低監測過程中的誤差，提高水文監測的精準度是水文監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行水文監測中存在的誤差展開分析與探討。

1 誤差簡介

在任何取得數據的工作中，涉及數據的取得都允許在一定數值范圍存在誤差。這些數據誤差的出現不外乎來自設備本身、設備操作、檢測方法、人員、環境等方面因素，這是因為任何檢測都是人利用設備進行的數據采集過程。在通過水文監測取得基礎數據的過程也不可避免的存在誤差，例如采用不同設備而導致的由設備性能不同導致的誤差；檢測方法不同導致的誤差；水面波動、氣候及風力影響等環境因素導致數據出現誤差等，各種復雜因素導致的各種數據誤差的情況。尤其是水文監測的特殊性導致誤差的情況。按理論要求，水位測量值取的是某一時間點的數據，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，水文監測過程中存在的誤差通常出現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的發展，已經逐漸形成了相對完善的體系。目前，其中流量監測技術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，而測船測流技術則通常應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備，利用絞車操控流速儀在相應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，對檢測結果的準確性會產生較大的影響。由于在實際測量中，對檢測數據準確性影響較大的因素較多，所以在測量過程應注意控制好垂線位置，降低測量誤差。下面通過兩種方法，對測船測流誤差進行分析。

2.1 儀器交會法誤差分析

根據上文分析所得，在使用測船測流檢測水位數據時，可以通過保證垂線在處于同一斷面減少檢測過程中的數據誤差。在實際檢測過程中通常采用利用光學儀器的方法，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行測量，以確保垂線位置統一。當下使用較為廣泛的儀器交匯法包括六分儀、平板儀以及經緯儀交會法等。我們以采用經緯儀交匯法進行檢測為例，在進行關于距離的測算時，將經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，并將之設為Φ，根據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，而使檢測數據產生較大的誤差。但是通過將GPS定位技術引用到水溫計數檢測中后，很多之前難以解決的技術難題，都迎刃而解。利用GPS技術關于檢測指標的定位準確度極高，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樹立剛標作為依照。GPS定位技術將測船測流技術引進了新的發展階段。但是GPS定位測量法也不是一點誤差沒有的，導致其產生誤差的原因主要有以下3個。

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

2）由于衛星信號傳播偏差導致的誤差。由于衛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，使其傳播的準確性受到影響。例如，衛星信號在遇到電離層時，會發生彎曲折射現象，這種情況將使其傳播速度發生頻繁改變，而致接收到的信號出現偏差。

3）由于接收設備導致的誤差。在測量過程中使用GPS定位技術，通常是利用位置準確的接收天線進行接收衛星信號數據，但是實際工作中，由于受到氣候、方向等因素的影響而使衛星信號強度發生變化，這樣已經固定的天線位置相對變化的衛星信號就有偏差，不再準確，從而產生數據誤差。

3 結束語

隨著電子信息技術、互聯網技術、衛星定位技術等先進的檢測輔助措施和技術越來越廣發的應用于水文檢測領域，在豐富檢測手段、提高檢測效率和質量的同時，新的問題和由于新技術帶來的誤差也將出現。所以，在水文監測領域的工作人員，在掌握先進技術的同時，也需要深入分析、思考新技術可能導致的誤差及其產生原因，并且通過學習、探討使新技術的應用揚長避短，促進水文測量領域新的發展。

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