水文测验的误差分析及其对策

亚力坤·马合木提

(昌吉水文水资源勘测局，新疆昌吉831100)

水文测验的误差分析及其对策

亚力坤·马合木提

(昌吉水文水资源勘测局，新疆昌吉831100)

水文测验工作对水资源的有效管理有着重要的现实意义，而在水文测验工作中，常常需要测量来完成信息的收集与整理。同时，又因为当前我国科技水平的限制，使得水文测验工作中存在着一定的误差。误差的产生是必然的，但是，为了提高我国水文测验工作的准确性，要尽量缩小误差的范围。因此，文章在探究影响水文测验工作中测量误差的各种因素的基础上，对水文测验工作中的具体误差进行了分析并提出了相应的限制方法。

水文测验;误差分析;对策

0 前言

在水文测验工作中，我们常常需要通过大量的测量工作来完成对流域内各种信息的采集与整理。而由于当前科技水平的限制，对于水文情况的测量往往与其的真实数值有所差距，这种情况，在数理统计中叫做误差［1］。

尽管，测量结果中的误差是必然的，但仍需对测量误差进行控制，使其能够控制在一定的范围之内，从而提高水文测验工作的准确性。

所以，现阶段，要对测量误差的分类进行探究，并在此基础上，分析水文测量工作总的误差来源，以进一步探讨这些误差的限制方法。

1 误差理论

关于误差的术语及理论历史较长，也为广大计量工作者所熟悉。但由于原来的误差定义操作性不是很强，致使各个领域的理解和应用存在着一定的异，甚至于产生不应有的错误。目前在《VIM》和《通用计量术语及定义》JJF1001—1998中，误差的定义是:测量结果减去被测量的真值。当有必要与相对误差相区别时，此术语有时称为测量的绝对误差。注意不要与误差的绝对值相混淆，后者(误差的绝对值)为误差的模。误差之值只取一个符号，非正即负。由于真值不能确定，实际上用的是约定真值。误差应该是一个确定的值，是客观存在的测量结果与真值之差。但由于真值往往不知道，故误差无法准确得到。误差与不确定度是完全不同的两个概念，不应混淆或误用。对同一被测量无论其测量程序、条件如何，相同测量结果的误差相同;而在重复性条件下，则不同结果可有相同的不确定度。

2 水文测验工作中的误差分类

水文测验工作中的误差分为伪误差、系统误差和偶然误差3类。

2.1 伪误差

由于测验人员的粗心大意，或者是测验设备的故障所造成的测量误差，称为“伪误差”。对于测验工作中对信息数据的测量错误、读数错误、记录错误、计算错误等，这些不该存在的误差，就是伪误差。

这一类的误差，在实际工作中，可以通过检查与验算等方式被及时有效地发现并纠正，否则将会对水文测验工作带来极为不利的负面影响。在实际的水文测验工作中，伪误差是不允许存在的［2－3］。

2.2 系统误差

由于水文测验工作测量设备或测量条件中的某些特定因素的系统性影响，导致测量结果中存在的误差，就是系统误差。

实际工作中，在相同测量条件中的多次测验中，系统误差的大小与符号也是常常变化的，有时其还会呈现出一种特定规律的系统性变化［4］。

一般情况下，在相同的测量条件与工作程序中的系统误差，一般在数值上呈现一定的函数规律。

产生系统误差的影响因素有很多。比如说，由于测验人员的工作习惯，单方面认为测验目标值会偏于某一次，从而使得测验结果带有一定的系统误差，这一类的误差，被称为人为误差。

由于测验设备自身的误差所导致的测验结果误差，则属于仪器误差。再者，风向、风力、温度以及大气折光等环境因素的影响，也会导致水文测验工作中产生误差［5－6］。

而要减小系统误差，首先总结系统误差出现的规律，并设法计算出它的数值范围，以尽量地将测验结果准确化。

再者，还要改进测验仪器的结构，并结合准确、规范的测验方法来缩小系统误差数值与真实值之间的差距，提高水文测验结果的准确性。

系统误差为在重复性条件下，对同一量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量真值之差。由于系统误差及其原因不能完全获知，因此通过修正值对系统误差只能有限程度的补偿。当测量结果以代数和与修正值相加之后，其系统误差之模会比修正前的要小，但不可能为零。

2.3 偶然误差

在水文测验工作中，各种偶然发生的随机因素，对于测验结果所产生的影响就被我们称为偶然误差，有时也称为随机误差［7］。对于偶然误差，其没有特点的规律，但从偶然误差的整体来看，其还是存在一定的统计规律的。

3 水文测验工作中具体误差的来源与限制方法分析

3.1 水位观测的误差分析与解决对策

3.1.1 回流、雍水以及风浪引起的误差

对于这一类的误差，缩小其误差范围的主要方法具体有3种:

1)对测验流域的特定阶段进行实地考察与勘查，对于水尺的设置，也应尽量避免回水、跌水以及漂浮物等对其所造成的误差影响。

2)将水尺桩制作成流线形或是菱形，从而在一定程度上减小急湍对其造成冲击，并降低雍水和晃动对其的测验结果造成误差的几率。

3)避免风浪对水尺造成影响。

3.1.2 水尺直接读取时的人为误差

这一类的误差是由测验人员自身的失误所造成的，因此，在水文测验工作中，测验人员应加强自身的严谨性，从而进一步提高水文测验工作的准确性。

1)当测验人员观测水位时，要蹲下身体，使视线尽量接近水面，最大程度地减小视觉误差所造成的人为误差［8］。

2)当水文测验工作进行时，受到风浪的干扰，对于观测数据，应该取＞3次波峰与波谷读数的均值作为水位的观测值。

最重要的一点是，水文测验工作的测验人员在进行观测与数据记录时，应时刻保持高度的谨慎性与高水平的职业素质，从而最大程度地保持水文测验工作的准确性。

3.2 流量测验的误差分析与解决对策

对于水文测验工作中的流量测验，常用的方法是用常规流速仪来测验流量。而采用常规流速仪来对流量进行测验时，其所产生的误差主要包括7个方面。

1)垂线各层的检测点在进行有限测速时，检测时间不足所造成的流速脉动影响测量误差。

2)测量设备影响，即常规流速仪的性能不佳给测量工作造成的误差影响。

3)测流断面设置的垂线数量不够，所造成的测量误差。

4)由于测速垂线的检测点数量不足，从而导致了在进行垂线平均流速计算时，出现了误差。

5)断面面积的计算与测量误差，而导致这一误差出现的影响因素有，水位观测不准确，断面测量的测量误差以及流域内河流河床的自然变化等。

6)因为测试垂线的各个层次的观测时间不同，而对于流速流向的推算又是以同一时刻的流量速度为基准，从而使得其存在了一定的误差［9］。

7)水流紊流与回流影响。

由于造成流量测验误差的方面较多，所以，对于缩小其误差范围的方法也较多，本文所介绍的大体包括8类:

1)在对测流断面进行选择之前，应改对实地现场进行考察与踏勘，从而选择满足顺直、稳定以及水流集中、没有水草等条件的地方，从而便于对水文情况的观测，以及容易设置测量设施的流域，以充分、有效地收集与整理有效的测区水深的地形资料。

2)对于流量测验的常规流速仪，在其出厂之前就要对其进行严格的质量检验，同时，在实际测验过程中，还应增加分级流速、不同水流和输沙特性条件下的水文情况测验，以最大程度地提高流量测验的准确性。

3)尽量减少断面面积测验的影响因素，在实际的测验工作中，水位观测的不准确、断面测量的误差以及流域河道内河床的自然变化等因素都会对断面面积的流量计算产生一定的影响。

所以，要在实际操作中，加强对测验环境与方法的具体实施，以切实加强水文测验工作的有效性。

4)在实际工作中，切实根据水位涨落、河岸冲淤等具体测验情况，来及时地调整或补充测速垂线。

5)在流速流向的观测的同时，还要对断面水深测量和水位河心比降进行测量，从而进一步提高对河心比降以及河床冲淤情况的准确掌握程度。

6)要切实降低流速脉动对测速精度的影响，要确保观测点的测量时间≥100 s，同时，对于流速变率受潮水影响较大的流域阶段，测量时间也≥50 s。

7)紊流是影响水流因子测量精度的介质本性，而流速的紊流脉动速度和方向是不断变化的，所以，其规律基本是从水面到水底开始逐渐增强的。但是，增加测量时间却能够有效地减弱水流紊流对流量测量精度的影响。

8)由于垂线各个层次观测时间都不尽相同，所以，为了准确计算垂向的平均值，应该首先绘制各个层次的实际测流速流向的过程曲线。然后再根据这一过程曲线来推算出各个测量点在同一时刻的流速流向。

同时，为了进一步减弱测流跳变点对过程曲线的影响，还需对突变点进行修匀，以最大程度地减小整点流速流向误差对流量测验的影响［10］。

3.3 悬移质泥沙测验的误差分析与解决对策

对于水文测验工作中的悬移质泥沙测验，其所产生的误差一般包括随机误差和系统误差两种，而其误差则主要来源于泥沙测验仪器与垂线泥沙取样方法的不同，泥沙脉动影响以及水样处理方式的不同等。

而对于缩小泥沙测验的误差范围，其具体的解决对策有以下5点:

1)在实际工作汇总，要尽量选择管嘴积沙少、管壁黏沙少且没有出现过突然灌注的测量仪器。同时，还应在测验之前，对仪器进行率定试验，以尽力缩小误差的范围。

2)采用光电浊度仪，并结合烘干称重法来对实验进行反复检验，最终以其均值作为测验结果。

3)对于测流测速试验与泥沙测验，应尽量保持两者在同一测验垂线上进行，从而使得观测层次以及观测时间能够保持一致性，以切实降低误差与真实值之间的差距。

4)还可以在实际工作中，采用积时式采样器来对泥沙进行采样，这样可以在一定程度上降低泥沙脉动所带来的影响误差。

5)还可以根据侧沙断面的情况来切实确定垂线的数量，同时，还应保持垂线位置的均匀分布，从而更好地对断面含沙量的变化情况进行有效掌握。

4 总结

在当前的水文测验工作中，信息数据的收集与整理不可避免地会在一定程度上受到误差的影响。尽管在实际工作中，误差是必然存在的，但我们仍要认真分析各种水文测验工作中误差的影响因素以及有效地限制对策，从而切实提高水文测验结果的准确性，以增强我国水文测验工作的实效性，保证我国水资源管理工作的有效进行。

［1］欧凌翟.水文测验中误差问题的思考［J］.城市建设理论研究，2012(06):31－32.

［2］李双伟.水文测验误差分析及对策［J］.科技创新与应用，2013(13):154.

［3］邓英春.关于水文测验中误差问题的思考［J］.水利技术监督，2005(01):27－31.

［4］姜淑坤，管延海.浅说对误差理论的认识［J］.吉林水利，2008(01):27－29.

［5］李凤鸣，丁毅，高兴利.水文测验与研究［J］.内蒙古水利，2001(S1):36－37.

［6］尹勇.水文测验工作面临的问题及对策［J］.中国新技术新产品，2011(19):50.

［7］时钧，朴官宝.浅谈水利工程对水文站水文测验的影响［J］.吉林农业，2012(02):210.

［8］王利，闫晓辉，陈丽杰.流速仪法流量测验总部确定度估算方法探讨［J］.黑龙江水利科技，2002，30(02):9 －10.

［9］邢寿文.水文测验面临的新问题及应对措施［J］.现代农业科技，2008(24):341 －342.

［10］冯俊杰.水文测验面临的新问题及其对策［J］.山西水利，2007(01):48－49.

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1007－7596(2014)06－0214－03

2014－03－18

亚力坤·马合木提(1960－)，男，新疆和田人，高级工程师。