關(guān)于新儀器設(shè)備應(yīng)用于水文測(cè)驗(yàn)中誤差問(wèn)題的思考

湯黎明

漢江水文水資源勘測(cè)局 湖北 丹江口 442700

1 誤差概述

在水文測(cè)驗(yàn)工作中，測(cè)量值主要是測(cè)定定量的大小。主要包括對(duì)水位、流量，雨量、蒸發(fā)、地下水等項(xiàng)目的測(cè)量，其測(cè)量精度對(duì)水文測(cè)驗(yàn)成果有直接影響。實(shí)際工作中，所測(cè)量的數(shù)據(jù)，真值是未知的，在測(cè)量過(guò)程中，往往通過(guò)多次測(cè)量，然后得到一個(gè)和真值相近的測(cè)量值[1]。

2 誤差理論

誤差理論的出現(xiàn)具有較長(zhǎng)的淵源，在計(jì)量工作中，因?yàn)檎`差的存在，出現(xiàn)了誤差理論這一概念。但是，不同領(lǐng)域的工作性質(zhì)不同，因此對(duì)于誤差理論的使用也具有一定的差異性。在水文測(cè)驗(yàn)中，需要注意的主要為系統(tǒng)誤差和偶然誤差，其統(tǒng)計(jì)的誤差形式主要包括極限誤差，平均誤差，均方差，允許誤差，絕對(duì)誤差，相對(duì)誤差等。生產(chǎn)過(guò)程中，工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)誤差理論有所了解，并應(yīng)用于成果質(zhì)量過(guò)程控制中。對(duì)于水文數(shù)據(jù)測(cè)量，實(shí)際的測(cè)量值與真值存在一定的差異，測(cè)量值并不能完全代表真值，從而有了不確定度概念。其反映的是系統(tǒng)誤差與偶然誤差綜合與真值的一致程度。不確定度往往用來(lái)評(píng)定成果質(zhì)量的可靠性，這對(duì)于水文測(cè)驗(yàn)成果質(zhì)量評(píng)定相當(dāng)重要[2]。

為了提高水文測(cè)量過(guò)程中成果的精度，一方面是提高水文測(cè)量?jī)x器的性能，另一方面便是應(yīng)用誤差理論，科學(xué)的對(duì)誤差進(jìn)行分析控制。測(cè)量誤差是不可避免的，在測(cè)量過(guò)程中只有最大化的降低誤差值才能使測(cè)量值最為接近真值。

3 水文測(cè)驗(yàn)的誤差分析及其對(duì)策

3.1 誤差來(lái)源與控制的思考

在水文測(cè)驗(yàn)中，分析誤差主要分析誤差來(lái)源與誤差控制，以下是采用轉(zhuǎn)子式流速儀進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)時(shí)，誤差來(lái)源與控制相關(guān)分析。

其誤差來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：

（1）測(cè)流起點(diǎn)距定位誤差；

（2）水深測(cè)量誤差；

（3）流速測(cè)點(diǎn)定位誤差；

（4）流向偏角導(dǎo)致的誤差；

（5）入水物體干擾流態(tài)導(dǎo)致誤差；

（6）流速儀軸線與流線不平行導(dǎo)致的誤差[3]；

（7）計(jì)時(shí)工具計(jì)時(shí)不準(zhǔn)。

針對(duì)上述可能引起誤差的來(lái)源，在測(cè)驗(yàn)中一般采用以下方法控制誤差的產(chǎn)生：

（1）建立主要儀器，測(cè)具及有關(guān)測(cè)驗(yàn)裝備的定期檢查登記制度；

（2）減小懸索偏角、縮小儀器偏離垂線下游的偏距；

（3）在安全前提下加大鉛魚(yú)重量。

上述是應(yīng)用較為傳統(tǒng)的設(shè)備水文測(cè)驗(yàn)下的誤差分析與控制，隨著科技進(jìn)步與發(fā)展，越來(lái)越多的新儀器被應(yīng)用于水文測(cè)驗(yàn)中，比如雷達(dá)水位計(jì)、浮子式自記雨量計(jì)、自記式蒸發(fā)采集設(shè)備、ADCP、時(shí)差法流量計(jì)、圖像法流量測(cè)驗(yàn)裝備等。對(duì)于這些新儀器的誤差分析與控制就比較復(fù)雜。針對(duì)新儀器新設(shè)備的誤差分析，往往需要投入更多精力去了解其設(shè)備工作原理。這是目前使用新儀器設(shè)備所面臨的新問(wèn)題，值得后續(xù)深入探討。

3.2 減小人為因素引起的測(cè)驗(yàn)誤差

隨著水文測(cè)驗(yàn)工作中自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用越來(lái)越廣泛，水文測(cè)驗(yàn)工作的技術(shù)含量越來(lái)越高。因人工操作不熟練或技術(shù)了解造成的誤差越來(lái)越多。針對(duì)這現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于新設(shè)備的技術(shù)原理培訓(xùn)，提高使用人員的技術(shù)素養(yǎng)。同時(shí)也要加強(qiáng)相關(guān)使用規(guī)范的編制，采用精細(xì)化管理手段，降低人為因素引起的誤差[4]。

3.3 應(yīng)用新技術(shù)減小測(cè)驗(yàn)誤差

針對(duì)新儀器新技術(shù)，我們的工作人員不僅需要對(duì)使用的設(shè)備熟練掌握，還應(yīng)從設(shè)備技術(shù)層面考慮如何降低誤差，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)可有效對(duì)誤差進(jìn)行檢測(cè)與分析。例如在利用水平式ADCP測(cè)定流量時(shí)可以引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行指標(biāo)流速推算模型的建立，從而提高效率并降低一些系統(tǒng)性偏差；應(yīng)用時(shí)差法超聲波流量計(jì)測(cè)定河道流量過(guò)程中，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)濾波相關(guān)技術(shù)獲取更加準(zhǔn)確的流速數(shù)據(jù)，從而降低水流脈動(dòng)的影響。總之，在新設(shè)備應(yīng)用過(guò)程中，降低測(cè)驗(yàn)誤差的一些先進(jìn)技術(shù)也應(yīng)當(dāng)應(yīng)用到相關(guān)數(shù)據(jù)處理中。

3.4 加強(qiáng)設(shè)備管理減小測(cè)驗(yàn)誤差

在水文測(cè)驗(yàn)工作中，設(shè)備檢查是非常重要一部分，針對(duì)新出現(xiàn)的儀器設(shè)備，檢查標(biāo)準(zhǔn)還未建立或已經(jīng)建立但尚未完善。針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)建立起相關(guān)檢測(cè)方法與標(biāo)準(zhǔn)，確保儀器設(shè)備在使用過(guò)程中的可靠性。平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)管理，通過(guò)定期對(duì)水文設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和檢查，提高水文測(cè)驗(yàn)成果的準(zhǔn)確性[5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著新儀器設(shè)備的應(yīng)用，水文測(cè)驗(yàn)中誤差來(lái)源與控制變得越來(lái)越復(fù)雜，為了更好地做好水文測(cè)驗(yàn)工作，我們需要從多個(gè)方面考慮測(cè)驗(yàn)過(guò)程中的誤差來(lái)源，同時(shí)針對(duì)誤差來(lái)源，對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，充分利用科技進(jìn)步，提高儀器設(shè)備精度。在工作一線，加強(qiáng)工作人員的技能素養(yǎng)的培養(yǎng)，減小因人為因素帶來(lái)的誤差。使水文測(cè)驗(yàn)成果質(zhì)量更加優(yōu)秀，為水資源管理及保護(hù)提供技術(shù)支撐，為我國(guó)的社會(huì)建設(shè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。