水文測驗中測流誤差及控制措施分析

尚占欽

摘 要：水文測驗所取得的科學可靠的專業數據，對水文水資源管理具有重要的支撐作用，是更好地實現水文水資源管理的基礎。在水文測試中，作為重要的測驗內容，測流的作用也格外突出。本文主要對多種測流方式誤差產生的原因進行分析，并提出相應的誤差控制措施，以期為水文測驗工作提供一定的理論借鑒。

關鍵詞：水文測驗;測流;誤差

中圖分類號：P332文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）05-0072-03

Abstract： The scientific and reliable professional data obtained by Hydrometry plays an important supporting role in the management of hydrology and water resources， and is the basis for better realizing the management of hydrology and water resources. In the hydrological test， as an important test content， the role of flow measurement is particularly prominent. This paper mainly analyzed the causes of the errors of various flow measurement methods， and put forward the corresponding error control measures， in order to provide some theoretical reference for the hydrological measurement work.

Keywords： hydrologic test;flow measurement;error

測流是水文測驗的重要內容。當前，常見的測流方法主要有三種，即超聲波測流法、測船測流法以及水文纜道測流法。不同的測流方法有其優勢和劣勢，造成誤差的原因也各不相同。對產生誤差的原因進行分析，并針對性地進行誤差控制，是提高水文測驗數據準確性的前提。

1 水文測驗中的測流方式

1.1 測船測流法

測船測流法是較為常見的測流方式之一，主要的測流設備為測船，通過絞車操控流速儀在相應河段水域實現測流，因此也被稱為測船絞車測流法。在利用測船測流法進行測流時，需要先將測船停泊在指定測量位置，并通過絞車操控流速儀，并在垂線的指定地點進行水資源的流速測量。

測船測流法在我國水文測驗活動中使用范圍較廣。與其他測流方式相比，測船測流法的優勢主要體現在使用范圍廣和測流成本較低兩方面，但在實際測量過程中，測速垂線、測流橫斷面以及測流垂線起點的一致性，都會直接影響測量結果和測量效率。除此之外，其他因素也會影響測量結果的準確性。

1.2 超聲波測流法

超聲波測流法是一種新型測流方法，其主要以超聲波為媒介，利用超聲波設備進行流速測量和數據分析。在實際測量過程中，超聲波測流法需要利用超聲波流量計對所測量點的流速進行測量，當流體流速同聲波方向平行時，聲波的波速往往會發生相應變化，聲波向上傳播時，波速就會出現降低的現象。為此，在進行流速測量時，就需要將超聲波流量計分別放置在上、下游，以便能夠形成一個完整的測量聲路，通過測量兩個換能器之間聲波傳播的歷時差，便可以輕松計算出水體的平均流速[1]。

1.3 水文纜道測流法

作為一種較為常用的測流法，水文纜道測流法更適合應用于橫斷面變化較大的天然河床，同時也更適用于計算所測量流體的平均流速。如圖1所示，在使用水文纜道測流法時，需要采用開口油輪進行纜道建設，并采用直流有線與交流有線、交流無線等綜合信號回路傳輸的方式，這樣才能更好地保障水文測流的準確性。但在實際應用中不難發現，在采用水文纜道測流法測量水文數據時，纜道的彈跳以及流速變動甚至是機械運動的慣性，都會對流體測量所得數據的準確性造成影響，并導致一定程度上的誤差。與其他兩種測流方法相比，水文纜道測流法具有更為顯著的動態變化，在進行水文測量時往往能夠更好地滿足相關測驗要求。

2 水文測驗中測流誤差及原因分析

2.1 測船測流法的誤差及原因分析

通過上述闡述可以發現，在采用測船測流法時，測流數據往往會受到測速垂線和測深的影響，測深能否與測流橫斷面以及垂線起點保持一致，是影響測船測流法數據準確性的重要原因。尤其是在進行單次測量的過程中，若單次測量數據不準確，最終將會導致整體數據存在嚴重誤差，影響水文水資源管理效果。以經緯儀交會法為例，在進行測流的過程中，首先需要做的是將經緯儀設置在需要測量的流體岸上的固定基線終點，之后再測量橫斷面樁與測流垂線之間的水平夾角。但是，在采用經緯儀測量法時，由于水平夾角測量不準確等，必然會產生不同程度的誤差。而在使用衛星定位法時，誤差主要來自三個方面：第一是衛星的排查可能產生的誤差;第二是衛星信號傳播過程中可能會受到電離層折射及對流層折射的影響，進而產生誤差;第三是設備接收的實際位置也會導致測流結果產生誤差。

2.2 超聲波測流法的誤差及原因分析

當采用超聲波測流法進行測流時，測量結果也會出現一定的誤差與偏差，在實際應用過程中，誤差大多來自以下四個方面。第一，超聲波計算時的精度誤差所導致的問題。不同的超聲波流量計的精度等級也不同，在進行測量時，會產生不同程度的誤差和失準。第二，超聲波儀器若是缺乏維護和保養，在水下復雜的環境中長時間工作，很容易出現誤差問題，這些問題的存在，必然導致最終計算結果出現誤差。第三，在進行瞬時流量測量時，瞬時流量的巨大波動也會導致誤差的產生。第四，溫度也會對超聲波測流法的測量結果造成影響。在正常溫度條件下，超聲波往往會以1 500 m/s的速度傳播，但隨著溫度的升高，超聲波傳輸的速度會出現先增后降的現象，若是僅僅以常溫狀態下的超聲波傳播速度進行測量和估算，就很容易導致誤差的產生。

2.3 水文纜道測流法誤差及原因分析

水文纜道測流法測流的誤差大多來自以下三個方面。第一，由于流速存在著脈動現象，測速歷時過短會產生一定的測速誤差。而在進行水文測流的過程中，脈動流速往往會隨著時間的變化而變化，雖然在長時間內脈動的變化會趨近于零，但在短時間內，這些波動的變化會導致測量結果出現誤差。第二，當測流垂線不足時，會導致垂線平均流速計算產生誤差。第三，在傳統的測流過程中，采用水文纜道測流法時往往會忽略中低水的測驗，導致在實際測驗點偏離水位和流量關系曲線，這種情況下必然會導致出現不同程度的誤差[3]。

3 水文測驗中測流誤差的控制及防治措施

3.1 測船測流法誤差控制及防治措施

首先，加強對測量儀器的校調，從而避免因設備等因素造成的誤差。其次，對測流方式進行合理調整和控制。為此，需要在垂線上合理布置測速點的位置，從而避免因不合理測速點布置所導致的誤差。再次，需要對測流方式進行合理調整和控制。在利用測船測流法進行測流時，要在垂線上合理布置測速點，從而避免由于不合理的測速點布置所導致的誤差[4]。為此，需要保證斷面的測深和測速垂線能盡可能保持一致，并根據實際狀況進行合理調整。最后，在進行測線布設時，需要根據實際的測流要求對測線的數目進行合理調整和控制，并保證測流時機準確，從而保證測流的精確度。

3.2 超聲波測流法誤差控制及防治措施

為了更好地控制超聲波測流法的精確度，需要根據測流的具體要求對精確度進行合理調整，保證其滿足水文測驗要求。而在實際應用中，還需要根據不同的情況對精確度進行合理調整，即在面對精確度要求較高的水文測驗項目時，選擇精確度較高的超聲波流量計，而面對要求較低的項目，則可以選擇精確度相對較低的流量計，進而減少因不同儀器選擇所導致的誤差。此外，還需要對超聲波流量計進行妥善維護和保養，定期清理探頭等設備，避免因設備老化所導致的誤差。

3.3 水文纜道測流法誤差控制及防治措施

水文纜道測流法作為較為常用的測流法，要想克服流速脈動引起的誤差，需要在實際測量過程中控制測速時間。在存在較為明顯的測速干擾因素時，要合理調整和控制測速時間，盡量保證測速時間控制在50 s以內。針對由于測速垂線不足而導致的誤差，要注意控制測點的分布，保證垂線上的測點間距不小于水文纜道直徑，同時在暢流期測水深時，要保證水文纜道不露出水面[5]。要想避免中低水測驗引起的誤差，需要在測驗過程中注重對垂線的加固，同時保證垂線的分布均勻，所有的測速垂線應該盡可能固定，以減少誤差。除此之外，在使用水文纜道測流法進行水文測驗時，影響測流準確度的重要因素之一就是懸索偏角，懸索偏角對測流精確度的影響較為直接，要想避免懸索偏角造成的測流誤差，需要控制懸索偏角，對懸索偏角加以改正，懸索偏角的改正主要包括濕繩改正和纜道位移抬升改正兩部分。

4 結語

針對當前水文測驗中測流方式存在的各種誤差，本文分析了相關誤差產生的原因，并對其控制和防治措施進行了簡要闡述。總而言之，超聲波測流法、測船測流法以及水文纜道測流法，不同的測流方法之間各有優劣勢，造成誤差的原因也各不相同，需要采取針對性的控制和防治措施，減少水文測驗中測流誤差的產生。

參考文獻：

[1]尹峰.水文測驗中測流誤差及控制措施分析[J].吉林水利，2019（1）：51-54.

[2]肖麗媛.水文測驗誤差分析與措施[J].水能經濟，2018（1）：255.

[3]齊斌，崔殿河，慕明清.黃河中游測區中低水流量測驗方法分析試驗研究[C]//中國水力發電工程學會水文泥沙專業委員會第六屆學術討論會.2005.

[4]余金峰，吳華，廖瑋燦，等.水文測驗中水流脈動誤差分析[J].河南水利與南水北調，2009（6）：16-17.

[5]亞力坤·馬合木提.水文測驗的誤差分析及其對策[J].黑龍江水利科技，2014（6）：214-216.