李滿晶
(新疆水利廳金溝河流域管理處,新疆沙灣 832100)
流速儀測(cè)流法誤差產(chǎn)生的原因及解決措施
李滿晶
(新疆水利廳金溝河流域管理處,新疆沙灣 832100)
用流速儀測(cè)流是流量測(cè)驗(yàn)常用的方法.在測(cè)流過(guò)程中,由于諸多因素會(huì)產(chǎn)生誤差而影響測(cè)量結(jié)果的精度。文章根據(jù)多年測(cè)流經(jīng)驗(yàn),著重分析了用流速儀測(cè)流過(guò)程中誤差產(chǎn)生的原因,提出了解決方法。
流速儀;測(cè)流;精測(cè)法;常測(cè)法;誤差;解決方法
流速儀測(cè)流在水文測(cè)驗(yàn)中是很普遍的。根據(jù)精度的不同及操作繁簡(jiǎn)不同,可分為精測(cè)法、常測(cè)法、簡(jiǎn)測(cè)法3種,這3種雖然對(duì)測(cè)流精度要求不同 ,但測(cè)驗(yàn)的一般規(guī)定都是一樣的。
1)斷面內(nèi)測(cè)點(diǎn)的流速不應(yīng)超過(guò)流速儀的測(cè)速范圍,特殊情況下超出范圍,應(yīng)在資料中說(shuō)明,當(dāng)高速流速超出儀器測(cè)速范圍30%時(shí),應(yīng)在使用后將儀器封存,重新鑒定。
2)垂線水深不應(yīng)小于流速儀一點(diǎn)法測(cè)速的必要水深。
3)在一次測(cè)流的起止時(shí)間內(nèi),水位漲落差不應(yīng)大于平均水深的10%;水深較小而漲落急劇時(shí)不應(yīng)大于平均水深的20%;或水位漲落引起的斷面面積的變化,當(dāng)平均水深>1 m時(shí),不超過(guò)5%;當(dāng)平均水深<1 m時(shí),不超過(guò)10%。
4)流速儀法測(cè)流時(shí),應(yīng)主要做:①觀測(cè)水位;②測(cè)量水深;③測(cè)量垂線各點(diǎn)流速;④觀測(cè)天氣情況;⑤計(jì)算、檢查和分析測(cè)流結(jié)果。
5)全年測(cè)驗(yàn)次數(shù)的確定。在全年水位變幅內(nèi),均勻分布測(cè)次,保證最高最低水位流量的測(cè)定,對(duì)于穩(wěn)定斷面,全年最少測(cè)次≥15次;(且水位級(jí)測(cè)點(diǎn)分布均勻)對(duì)于新設(shè)或改建斷面,為確定水位流量關(guān)系,保證推流精度,應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)次,每一級(jí)水位級(jí)測(cè)次≥3次,且均勻分布;對(duì)于受沖於變化影響的斷面,在穩(wěn)定期,可3~5 d測(cè)一次流;在沖於變化期,根據(jù)沖於程度,測(cè)流應(yīng)1 d為1次或1 d數(shù)次。
水尺讀數(shù)的方法,當(dāng)風(fēng)平浪靜或有凈水設(shè)備時(shí),讀靜止水面截于水尺上僅有的一個(gè)讀數(shù)即可,在風(fēng)浪大而無(wú)靜水設(shè)備時(shí),則應(yīng)讀記波浪的峰頂和谷底截于水尺上兩個(gè)讀數(shù),記取其平均值,或等到水面出現(xiàn)瞬時(shí)平靜時(shí),讀其截于水尺上的一個(gè)讀數(shù),這樣連續(xù)觀測(cè)2~3次,取其均值。
2.1.1 人工水位觀測(cè)誤差來(lái)源
①觀測(cè)人員視線與水面不平行;②波浪影響;③水尺附近有其他障礙物的阻水、雍水影響;④時(shí)鐘不準(zhǔn);⑤水位變幅較大,觀測(cè)時(shí)間太短,讀數(shù)缺乏代表性。
2.1.2 誤差消除或控制
1)觀測(cè)人員視線盡量與水面平行。
2)有波浪,應(yīng)取水尺度數(shù)的峰谷平均值或水流短暫平穩(wěn)時(shí)的直接讀數(shù)。
3)水尺水位受阻水影響時(shí),應(yīng)盡可能先排除阻水因素,在進(jìn)行觀測(cè)。
4)隨時(shí)校對(duì)觀測(cè)的時(shí)鐘。
5)水位變幅較大,采取多次觀測(cè),去平均值。
2.1.3 自記水位計(jì)測(cè)量誤差來(lái)源
1)機(jī)械摩阻產(chǎn)生的滯后誤差。
2)懸索重量轉(zhuǎn)移改變浮子入水深度產(chǎn)生的誤差。
3)平衡錘入水改變浮子入水深度產(chǎn)生的誤差。
4)水位輪、懸索直徑公差形成的誤差。
5)環(huán)境溫度變化引起的水位輪懸索尺寸變化造成的誤差。
6)機(jī)械傳動(dòng)空程引起的誤差。
7)走時(shí)機(jī)構(gòu)的時(shí)間誤差。
8)記錄紙受環(huán)境溫濕度產(chǎn)生伸縮引起的誤差。
9)水位變率較大,引起的水位記錄誤差。
10)測(cè)井內(nèi)外水體密度差異引起的水位誤差。
1)記錄紙受環(huán)境溫濕度影響產(chǎn)生的水位和時(shí)間誤差,可通過(guò)密封,加干燥劑的辦法控制。
2)對(duì)于水位變率引起的水位記錄誤差,可選擇合適的測(cè)井和進(jìn)水口尺寸予以控制;懸索重量轉(zhuǎn)移改變浮子入水深度產(chǎn)生的誤差。
3)測(cè)井內(nèi)外水體密度差異引起水位誤差,可在測(cè)井的上下游面對(duì)開進(jìn)出水孔予以控制。
4)走時(shí)機(jī)構(gòu)的時(shí)間誤差,可通過(guò)及時(shí)調(diào)整、校核予以控制。
1)不了解斷面情況,就直接進(jìn)行水深的測(cè)量。
2)測(cè)量水深時(shí),沒(méi)有根據(jù)當(dāng)時(shí)波浪情況進(jìn)行測(cè)量。
3)不根據(jù)斷面渠底情況,就進(jìn)行測(cè)量。3.2 誤差的消除或控制
1)對(duì)于新斷面,因不了解情況在測(cè)水深時(shí),應(yīng)先用測(cè)桿對(duì)渠底進(jìn)行了解,判斷出渠底的情況是屬于沖於斷面還是穩(wěn)定斷面。
2)當(dāng)水面起伏度較小時(shí),每條垂線可用測(cè)桿測(cè)深1次。
3)如果是穩(wěn)定斷面且渠底比較平整的段面,每條垂線的水深應(yīng)連測(cè)2次,當(dāng)兩次測(cè)得的水深差值不超過(guò)最小水深值的2%時(shí),取兩次水深讀數(shù)的平均值;當(dāng)兩次測(cè)得的水深差值超出2%時(shí),應(yīng)增加測(cè)次,取符合限差2%的兩次側(cè)身結(jié)果的平均值;當(dāng)多次測(cè)量也達(dá)不到限差2%時(shí),可取多次測(cè)深結(jié)果的平均值。
4)斷面渠底由較大卵石組成時(shí),應(yīng)在測(cè)深垂線處和垂線上、下游及左、右側(cè)共測(cè)5點(diǎn),四周測(cè)點(diǎn)距中心點(diǎn)0.2 m,取5點(diǎn)水深讀數(shù)的平均值為測(cè)點(diǎn)水深。
1)測(cè)深垂線的布設(shè)不均勻分布,不能控制斷面的轉(zhuǎn)折點(diǎn),使部分面積無(wú)大割大補(bǔ)情況。
2)測(cè)速垂線的布設(shè)不均勻分布,不能控制斷面形狀和流速沿渠寬分布的轉(zhuǎn)折點(diǎn),無(wú)大割大補(bǔ)情況。
1)斷面測(cè)深測(cè)速垂線應(yīng)盡量一致,位置宜固定;對(duì)于沖於斷面,應(yīng)根據(jù)淤積的變化隨時(shí)調(diào)整岸邊垂線的位置。
2)對(duì)于沖淤多變斷面,可在最大流速、最大水深、轉(zhuǎn)折點(diǎn)處增加輔助垂線。
3)斷面測(cè)線布設(shè)是根據(jù)測(cè)流的要求不同,測(cè)線布設(shè)的條數(shù)不同,每條側(cè)線上的測(cè)點(diǎn)也不同,見表1。
表1 精測(cè)法、常測(cè)法最少測(cè)速垂線數(shù)目
1)一條垂線上相鄰兩側(cè)點(diǎn)的最小間距不宜小于流速儀旋槳的直徑。
2)測(cè)水面流速時(shí),流速儀轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分不得露出水面。
3)測(cè)渠底時(shí),應(yīng)將流速儀下至0.9 m水深以下,并應(yīng)使儀器旋轉(zhuǎn)部分的邊緣離開渠底2~5 cm;測(cè)冰底或冰花底時(shí),應(yīng)使流速儀旋轉(zhuǎn)部分的邊緣離開冰底或冰花底5 cm。
4)測(cè)速時(shí),當(dāng)水深<0.16 m時(shí),又無(wú)LS10型流速儀時(shí)可以停止測(cè)流,但要測(cè)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e;但如有LS10型流速儀時(shí)還可以進(jìn)行測(cè)流,但當(dāng)水深在0.10 m以下時(shí),也要停止測(cè)流,但要測(cè)過(guò)水?dāng)嗝婷娣e。
5)采用測(cè)桿測(cè)流時(shí),流速儀應(yīng)平行于測(cè)點(diǎn)當(dāng)時(shí)的流向,當(dāng)采用固定測(cè)桿測(cè)流時(shí),測(cè)桿一端應(yīng)裝有地盤,地盤應(yīng)有尖頭,以保持儀器的水平和水深觀讀正確,具體應(yīng)符合表2要求。
表2 測(cè)速垂線測(cè)點(diǎn)分布位置 m
①儀器的誤差,保養(yǎng)不當(dāng)或安裝不正確,導(dǎo)致測(cè)量的誤差(導(dǎo)致的結(jié)果是錯(cuò)誤,不是誤差);②流向偏角導(dǎo)致的誤差;③紊流導(dǎo)致的誤差;④流速儀軸線與流向不平行導(dǎo)致的誤差;⑤人為導(dǎo)致的停表計(jì)時(shí)的誤差。
①施測(cè)前應(yīng)檢查儀器并正確安裝;②在流向偏角處可增加測(cè)次;③測(cè)量是應(yīng)把握好測(cè)流時(shí)機(jī),盡量避開紊流;④校準(zhǔn)停表,可兩人同時(shí)計(jì)時(shí)消除誤差。
流速儀測(cè)流法是我流域常用的測(cè)流方法,因此正確的使用流速儀進(jìn)行測(cè)流,盡量避免誤差,掌握好的方法,為獲得更精確的測(cè)量數(shù)據(jù)提供前提保障。
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A
1007-7596(2011)05-0027-02
2011-02-21
李滿晶(1976-),女,新疆石河子人,助理工程師,主要研究方向?yàn)樗臏y(cè)驗(yàn)。