流速儀流量測驗誤差來源分析

【摘要】文章通過測量流速、測深、測深垂線與測速垂線在斷面上分布的代表性，相應(yīng)水位以及河床沖淤變化等方面對流速儀測量誤差進行了分析，并總結(jié)了可能造成較大或較嚴重誤差的條件。

【關(guān)鍵詞】流速儀；測量誤差；分析

流速儀流量測量誤差的來源繁多，而各種誤差的大小又因條件的不同會有很大的變化。本文只對流速儀流量測驗中發(fā)生誤差的可能來源進行定性分析，而不作誤差的定量分析。流速儀流量測量誤差的來源主要可分為五類：①流速的誤差；②測深誤差；③測深垂線與測速垂線在斷面上分布的代表性；④相應(yīng)水位的誤差；⑤河床沖淤變化的影響。現(xiàn)分述如下：

1、流速的誤差

在用流速儀進行流量測量時，流速測定的正確性在流量測量中占有相當重要的地位，它是主要決定測流準確度的因素。

1.1 儀器性能方面的影響

流速儀檢定后在使用過程中，誤差程度隨時間的延長和儀器的保護情況而定，若儀器不定期檢查，而總是沿用舊公式，將引起很大的誤差。因此，儀器應(yīng)定期進行檢定，還有所測流速超過流速儀檢定范圍的流速時，也會發(fā)生很大的誤差，特別是低速部分。

1.2 流速脈動的影響

流速是有脈動的，為了避免流速脈動的影響，就需要足夠的施測時間，脈動越顯著，所需用以避免脈動現(xiàn)象影響的時間越長，故除非在搶測洪峰必須爭取時間或因測船滑動水草纏繞等現(xiàn)象嚴重的情況下，不應(yīng)縮短測流歷時。

1.3 儀器懸吊位置不固定的影響

若測船滑動擺動或上下浮沉，或手持測桿上下滑動等，這種懸吊儀器位置的不固定，使流速儀不能固定在測點上，這就使測得的流速不能代表該測點之流速，因而發(fā)生誤差。

1.4 停表準確度的影響

停表的準確度直接影響到測點流速的準確度，還有信號與停表計時配合的誤差，也依工作人員的熟練程度而定。

1.5 流向偏差的影響

流向偏角對流速測量成果影響很大，有流向偏角而不改正，將會造成很大誤差，當流向偏角大于10°時，就需加以校正，（偏角ɑ為流向與斷面垂線的夾角）。

1.6 水位漲落的影響

由于施測時間水位漲落，使得流速也隨時間而變化，故在水位漲落急劇時測流，在每根垂線每個測點應(yīng)盡量縮短施測時間，也是十分重要的。

1.7 測船的影響

若測速點的位置處在測船的影響范圍中，則測得的流速將會偏小，故應(yīng)將流速儀伸到測船外足夠遠處。

2、測深誤差

在水淺和河底有大卵石的測點上測深，或在水流很急測繩角甚大（如大于20°以上）時測深，測深的誤差可成為測流中的主要誤差來源之一。

2.1 河床性質(zhì)的影響

在卵石河床上測深時，測桿測到卵石上和測到兩卵石的夾縫中，所測得的水深是不一樣的，故在卵石河床上測深時，除在測點上測一個水深外，應(yīng)在測點四周再測四點取其平均值，就是為了消滅這些誤差，同時測深桿底也需加有底盤。

2.2 偏角誤差

在水深流急的垂線上測深時，測深桿不易拿直，此時讀數(shù)就有誤差，要避免這種誤差，通常是將測桿向上游插入水中，避免下擺，待擺到垂線位置時，即插到河底，這時再讀測深數(shù)。

若用測繩懸吊鉛魚測深時，偏角引起的誤差有時很大，此時應(yīng)加重鉛魚，使偏角盡量減小，在偏角大于10°時，即應(yīng)進行偏角校正。

3、斷面上測深垂線與測速垂線分布的代表性

3.1 測深垂線的代表性

測深垂線間的河床如成直線變化，這樣按垂線水深計算部分面積時誤差可以略而不計，但河床很少是直線變化的，轉(zhuǎn)折一般都很多，不可能都符合于兩垂線間成直線變化的理想，這樣在計算部分面積時就帶來了誤差，所以在布置測深垂線時應(yīng)在水深突變的轉(zhuǎn)折點增加測深垂線。

3.2 測速垂線的代表性

也和測深垂線一樣，使兩垂線間的流速分布很接近于直線，這樣就在水深突變之處，陡岸附近，死水邊附近，流速紊亂之處等凡流速分布可能轉(zhuǎn)折的地方都應(yīng)分布測速垂線。

3.3 斷面圖與流速分布圖的相似性

一般斷面圖與流速分布圖都有相當?shù)南嗨菩裕虼四茈S測隨將斷面圖和流速分布圖點繪在一起，對于選定垂線，檢查固定垂線的代表性，發(fā)現(xiàn)錯誤都是很有幫助的。

4、相應(yīng)水位的誤差

孤立的一個流量數(shù)值縱使是很精確的實測流量，但在水文資料的整編分析及使用上是沒有多大意義的，而我們還沒有辦法在每個短時段都能施測流量，這樣就有必要利用水位流量的關(guān)系了，那么實測流量的相應(yīng)水位就有必要找出，而在流量測得很準確，但相應(yīng)水位觀測和計算則有較大誤差的情況也是不能容許的。在水位平穩(wěn)時，相應(yīng)水位的觀測和計算是沒有什么困難的，但在水位急劇漲落的大洪水時，此時水尺處在波高浪大，這就只有熟練而有經(jīng)驗的工作人員才能觀讀到較準確的水位，然后用加權(quán)法計算相應(yīng)水位。

5、河床沖淤變化的影響

在沖淤變化主流擺動較大的測站，測流的時間盡量縮短有很大的意義，因為在這種情況下，若流量測驗隨著主流擺動的方向進行施測，就會得到偏大的成果，相反，成果將會偏小，故在沖淤變化主流擺動嚴重的情況下，只有盡量減短測流時間，最好能測得瞬時的流量。

6、結(jié)語

在上述各項誤差中，哪些誤差較大較嚴重是隨著各站的條件及測驗時的情況而定。例如在河床變化很急劇的時候，由于施測時間的拖長，造成的誤差將是很嚴重的，在寬淺河道中，水位急劇漲落的大洪水時，由于水位觀測的誤差和相應(yīng)水位計算的誤差也將是很嚴重的，在斷面形狀特殊復雜時，測深測速垂線的分布就必須特別注意，還有流速儀必須定期進行檢定，所測流速必須在流速儀的檢定范圍內(nèi)，否則，將造成較大的而且是系統(tǒng)的誤差，流向偏角引起的誤差同樣也不能忽視。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準《河流流量測驗規(guī)范》GB 50179-93.

[2]水文測驗國際標準與說明，第一集，貴州人民出版社，2013.5.

作者簡介：劉磊，男，1986年9月生，河南省駐馬店市遂平縣人，現(xiàn)供職于浙江省青田縣鶴城水文站，助理工程師，主要從事水文勘測與水文資料整編工作。