水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)流誤差及控制措施分析

尚占?xì)J

摘 要：水文測(cè)驗(yàn)所取得的科學(xué)可靠的專業(yè)數(shù)據(jù)，對(duì)水文水資源管理具有重要的支撐作用，是更好地實(shí)現(xiàn)水文水資源管理的基礎(chǔ)。在水文測(cè)試中，作為重要的測(cè)驗(yàn)內(nèi)容，測(cè)流的作用也格外突出。本文主要對(duì)多種測(cè)流方式誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的誤差控制措施，以期為水文測(cè)驗(yàn)工作提供一定的理論借鑒。

關(guān)鍵詞：水文測(cè)驗(yàn);測(cè)流;誤差

中圖分類號(hào)：P332文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(cè)流是水文測(cè)驗(yàn)的重要內(nèi)容。當(dāng)前，常見的測(cè)流方法主要有三種，即超聲波測(cè)流法、測(cè)船測(cè)流法以及水文纜道測(cè)流法。不同的測(cè)流方法有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，造成誤差的原因也各不相同。對(duì)產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行分析，并針對(duì)性地進(jìn)行誤差控制，是提高水文測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提。

1 水文測(cè)驗(yàn)中的測(cè)流方式

1.1 測(cè)船測(cè)流法

測(cè)船測(cè)流法是較為常見的測(cè)流方式之一，主要的測(cè)流設(shè)備為測(cè)船，通過絞車操控流速儀在相應(yīng)河段水域?qū)崿F(xiàn)測(cè)流，因此也被稱為測(cè)船絞車測(cè)流法。在利用測(cè)船測(cè)流法進(jìn)行測(cè)流時(shí)，需要先將測(cè)船停泊在指定測(cè)量位置，并通過絞車操控流速儀，并在垂線的指定地點(diǎn)進(jìn)行水資源的流速測(cè)量。

測(cè)船測(cè)流法在我國(guó)水文測(cè)驗(yàn)活動(dòng)中使用范圍較廣。與其他測(cè)流方式相比，測(cè)船測(cè)流法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在使用范圍廣和測(cè)流成本較低兩方面，但在實(shí)際測(cè)量過程中，測(cè)速垂線、測(cè)流橫斷面以及測(cè)流垂線起點(diǎn)的一致性，都會(huì)直接影響測(cè)量結(jié)果和測(cè)量效率。除此之外，其他因素也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 超聲波測(cè)流法

超聲波測(cè)流法是一種新型測(cè)流方法，其主要以超聲波為媒介，利用超聲波設(shè)備進(jìn)行流速測(cè)量和數(shù)據(jù)分析。在實(shí)際測(cè)量過程中，超聲波測(cè)流法需要利用超聲波流量計(jì)對(duì)所測(cè)量點(diǎn)的流速進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)流體流速同聲波方向平行時(shí)，聲波的波速往往會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，聲波向上傳播時(shí)，波速就會(huì)出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。為此，在進(jìn)行流速測(cè)量時(shí)，就需要將超聲波流量計(jì)分別放置在上、下游，以便能夠形成一個(gè)完整的測(cè)量聲路，通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)換能器之間聲波傳播的歷時(shí)差，便可以輕松計(jì)算出水體的平均流速[1]。

1.3 水文纜道測(cè)流法

作為一種較為常用的測(cè)流法，水文纜道測(cè)流法更適合應(yīng)用于橫斷面變化較大的天然河床，同時(shí)也更適用于計(jì)算所測(cè)量流體的平均流速。如圖1所示，在使用水文纜道測(cè)流法時(shí)，需要采用開口油輪進(jìn)行纜道建設(shè)，并采用直流有線與交流有線、交流無線等綜合信號(hào)回路傳輸?shù)姆绞?，這樣才能更好地保障水文測(cè)流的準(zhǔn)確性。但在實(shí)際應(yīng)用中不難發(fā)現(xiàn)，在采用水文纜道測(cè)流法測(cè)量水文數(shù)據(jù)時(shí)，纜道的彈跳以及流速變動(dòng)甚至是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的慣性，都會(huì)對(duì)流體測(cè)量所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性造成影響，并導(dǎo)致一定程度上的誤差。與其他兩種測(cè)流方法相比，水文纜道測(cè)流法具有更為顯著的動(dòng)態(tài)變化，在進(jìn)行水文測(cè)量時(shí)往往能夠更好地滿足相關(guān)測(cè)驗(yàn)要求。

2 水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)流誤差及原因分析

2.1 測(cè)船測(cè)流法的誤差及原因分析

通過上述闡述可以發(fā)現(xiàn)，在采用測(cè)船測(cè)流法時(shí)，測(cè)流數(shù)據(jù)往往會(huì)受到測(cè)速垂線和測(cè)深的影響，測(cè)深能否與測(cè)流橫斷面以及垂線起點(diǎn)保持一致，是影響測(cè)船測(cè)流法數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要原因。尤其是在進(jìn)行單次測(cè)量的過程中，若單次測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，最終將會(huì)導(dǎo)致整體數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重誤差，影響水文水資源管理效果。以經(jīng)緯儀交會(huì)法為例，在進(jìn)行測(cè)流的過程中，首先需要做的是將經(jīng)緯儀設(shè)置在需要測(cè)量的流體岸上的固定基線終點(diǎn)，之后再測(cè)量橫斷面樁與測(cè)流垂線之間的水平夾角。但是，在采用經(jīng)緯儀測(cè)量法時(shí)，由于水平夾角測(cè)量不準(zhǔn)確等，必然會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差。而在使用衛(wèi)星定位法時(shí)，誤差主要來自三個(gè)方面：第一是衛(wèi)星的排查可能產(chǎn)生的誤差;第二是衛(wèi)星信號(hào)傳播過程中可能會(huì)受到電離層折射及對(duì)流層折射的影響，進(jìn)而產(chǎn)生誤差;第三是設(shè)備接收的實(shí)際位置也會(huì)導(dǎo)致測(cè)流結(jié)果產(chǎn)生誤差。

2.2 超聲波測(cè)流法的誤差及原因分析

當(dāng)采用超聲波測(cè)流法進(jìn)行測(cè)流時(shí)，測(cè)量結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)一定的誤差與偏差，在實(shí)際應(yīng)用過程中，誤差大多來自以下四個(gè)方面。第一，超聲波計(jì)算時(shí)的精度誤差所導(dǎo)致的問題。不同的超聲波流量計(jì)的精度等級(jí)也不同，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差和失準(zhǔn)。第二，超聲波儀器若是缺乏維護(hù)和保養(yǎng)，在水下復(fù)雜的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作，很容易出現(xiàn)誤差問題，這些問題的存在，必然導(dǎo)致最終計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)誤差。第三，在進(jìn)行瞬時(shí)流量測(cè)量時(shí)，瞬時(shí)流量的巨大波動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。第四，溫度也會(huì)對(duì)超聲波測(cè)流法的測(cè)量結(jié)果造成影響。在正常溫度條件下，超聲波往往會(huì)以1 500 m/s的速度傳播，但隨著溫度的升高，超聲波傳輸?shù)乃俣葧?huì)出現(xiàn)先增后降的現(xiàn)象，若是僅僅以常溫狀態(tài)下的超聲波傳播速度進(jìn)行測(cè)量和估算，就很容易導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

2.3 水文纜道測(cè)流法誤差及原因分析

水文纜道測(cè)流法測(cè)流的誤差大多來自以下三個(gè)方面。第一，由于流速存在著脈動(dòng)現(xiàn)象，測(cè)速歷時(shí)過短會(huì)產(chǎn)生一定的測(cè)速誤差。而在進(jìn)行水文測(cè)流的過程中，脈動(dòng)流速往往會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，雖然在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)脈動(dòng)的變化會(huì)趨近于零，但在短時(shí)間內(nèi)，這些波動(dòng)的變化會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)誤差。第二，當(dāng)測(cè)流垂線不足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致垂線平均流速計(jì)算產(chǎn)生誤差。第三，在傳統(tǒng)的測(cè)流過程中，采用水文纜道測(cè)流法時(shí)往往會(huì)忽略中低水的測(cè)驗(yàn)，導(dǎo)致在實(shí)際測(cè)驗(yàn)點(diǎn)偏離水位和流量關(guān)系曲線，這種情況下必然會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不同程度的誤差[3]。

3 水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)流誤差的控制及防治措施

3.1 測(cè)船測(cè)流法誤差控制及防治措施

首先，加強(qiáng)對(duì)測(cè)量?jī)x器的校調(diào)，從而避免因設(shè)備等因素造成的誤差。其次，對(duì)測(cè)流方式進(jìn)行合理調(diào)整和控制。為此，需要在垂線上合理布置測(cè)速點(diǎn)的位置，從而避免因不合理測(cè)速點(diǎn)布置所導(dǎo)致的誤差。再次，需要對(duì)測(cè)流方式進(jìn)行合理調(diào)整和控制。在利用測(cè)船測(cè)流法進(jìn)行測(cè)流時(shí)，要在垂線上合理布置測(cè)速點(diǎn)，從而避免由于不合理的測(cè)速點(diǎn)布置所導(dǎo)致的誤差[4]。為此，需要保證斷面的測(cè)深和測(cè)速垂線能盡可能保持一致，并根據(jù)實(shí)際狀況進(jìn)行合理調(diào)整。最后，在進(jìn)行測(cè)線布設(shè)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際的測(cè)流要求對(duì)測(cè)線的數(shù)目進(jìn)行合理調(diào)整和控制，并保證測(cè)流時(shí)機(jī)準(zhǔn)確，從而保證測(cè)流的精確度。

3.2 超聲波測(cè)流法誤差控制及防治措施

為了更好地控制超聲波測(cè)流法的精確度，需要根據(jù)測(cè)流的具體要求對(duì)精確度進(jìn)行合理調(diào)整，保證其滿足水文測(cè)驗(yàn)要求。而在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)不同的情況對(duì)精確度進(jìn)行合理調(diào)整，即在面對(duì)精確度要求較高的水文測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)，選擇精確度較高的超聲波流量計(jì)，而面對(duì)要求較低的項(xiàng)目，則可以選擇精確度相對(duì)較低的流量計(jì)，進(jìn)而減少因不同儀器選擇所導(dǎo)致的誤差。此外，還需要對(duì)超聲波流量計(jì)進(jìn)行妥善維護(hù)和保養(yǎng)，定期清理探頭等設(shè)備，避免因設(shè)備老化所導(dǎo)致的誤差。

3.3 水文纜道測(cè)流法誤差控制及防治措施

水文纜道測(cè)流法作為較為常用的測(cè)流法，要想克服流速脈動(dòng)引起的誤差，需要在實(shí)際測(cè)量過程中控制測(cè)速時(shí)間。在存在較為明顯的測(cè)速干擾因素時(shí)，要合理調(diào)整和控制測(cè)速時(shí)間，盡量保證測(cè)速時(shí)間控制在50 s以內(nèi)。針對(duì)由于測(cè)速垂線不足而導(dǎo)致的誤差，要注意控制測(cè)點(diǎn)的分布，保證垂線上的測(cè)點(diǎn)間距不小于水文纜道直徑，同時(shí)在暢流期測(cè)水深時(shí)，要保證水文纜道不露出水面[5]。要想避免中低水測(cè)驗(yàn)引起的誤差，需要在測(cè)驗(yàn)過程中注重對(duì)垂線的加固，同時(shí)保證垂線的分布均勻，所有的測(cè)速垂線應(yīng)該盡可能固定，以減少誤差。除此之外，在使用水文纜道測(cè)流法進(jìn)行水文測(cè)驗(yàn)時(shí)，影響測(cè)流準(zhǔn)確度的重要因素之一就是懸索偏角，懸索偏角對(duì)測(cè)流精確度的影響較為直接，要想避免懸索偏角造成的測(cè)流誤差，需要控制懸索偏角，對(duì)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(jié)語

針對(duì)當(dāng)前水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)流方式存在的各種誤差，本文分析了相關(guān)誤差產(chǎn)生的原因，并對(duì)其控制和防治措施進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述。總而言之，超聲波測(cè)流法、測(cè)船測(cè)流法以及水文纜道測(cè)流法，不同的測(cè)流方法之間各有優(yōu)劣勢(shì)，造成誤差的原因也各不相同，需要采取針對(duì)性的控制和防治措施，減少水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)流誤差的產(chǎn)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹峰.水文測(cè)驗(yàn)中測(cè)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(cè)驗(yàn)誤差分析與措施[J].水能經(jīng)濟(jì)，2018（1）：255.

[3]齊斌，崔殿河，慕明清.黃河中游測(cè)區(qū)中低水流量測(cè)驗(yàn)方法分析試驗(yàn)研究[C]//中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)水文泥沙專業(yè)委員會(huì)第六屆學(xué)術(shù)討論會(huì).2005.

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

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