水文测船测流误差分析与研究

刘旭

摘 要 随着城市化和工业化进程的推进，以及人民群众对自然环境尤其是水资源的保护和需求的提高，水文水资源领域的管理工作也显得日益重要。依靠水文监测取得科学可靠的基础数据，成为水利规划、防汛抗旱水利工程管理等水资源管理工作的重要主要依据。因此，通过水水文监测获得天然河流及水利工程地区和得到经调控后的各种径流资料，已经成为水文监测工作中的一项重要内容。

关键词 水文测船测流；误差；分析；研究

中图分类号：P332 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0143-01

水文监测所得数据的准确性和可靠性，严重影响着水资源管理及各项重大决策的科学性和准确性，因此降低监测过程中的误差，提高水文监测的精准度是水文监测工作者面对的重要课题。所以，笔者对水文观测中通过测船测流法进行水文监测中存在的误差展开分析与探讨。

1 误差简介

在任何取得数据的工作中，涉及数据的取得都允许在一定数值范围存在误差。这些数据误差的出现不外乎来自设备本身、设备操作、检测方法、人员、环境等方面因素，这是因为任何检测都是人利用设备进行的数据采集过程。在通过水文监测取得基础数据的过程也不可避免的存在误差，例如采用不同设备而导致的由设备性能不同导致的误差；检测方法不同导致的误差；水面波动、气候及风力影响等环境因素导致数据出现误差等，各种复杂因素导致的各种数据误差的情况。尤其是水文监测的特殊性导致误差的情况。按理论要求，水位测量值取的是某一时间点的数据，但在实践操作中，由于水位及流量的不停变化，如按理论取得某时间点的水位值，则无法真实反映水位的实际情况，因此，在实际取得的水位测量值时，通常取的是某一时间段的平均值。因此，水文监测过程中存在的误差通常出现在取平均值或综合值的过程。

2 水文测船测流误差分析与研究

在我国，水文测流的方法通过近半个世纪的发展，已经逐渐形成了相对完善的体系。目前，其中流量监测技术除了比较常用的缆道测流以外，还有超声波测流、测船测流、水利法测流等。在检测中小断面水域的水位时，通常采用缆道测流的方法，而测船测流技术则通常应用在检测大断面水域。本文主要探讨的测船测流法就是将测船作为主要测量设备，利用绞车操控流速仪在相应的河段水域展开水流水速的检测，因此在实际工作中，通常也将这种测量方法称为测船绞车测流法。具体的操作过程是将测船停泊在指定的测量地点，然后将流速仪固定在绞车上，并且在每条垂线的指定地点开始检测，这之后利用绞车及垂线测出水深，最后通过平均流速和断面面积计算出流量的综合值。之所以在实际工作中通常采用测船测量的方法，是因为这种方法具有测流范围广、检测成本低等优势。但是，测船测流法在检测过程中，由于是否能确保所有测速垂线、测深与测流横断面、垂线起点均一致，对检测结果的准确性会产生较大的影响。由于在实际测量中，对检测数据准确性影响较大的因素较多，所以在测量过程应注意控制好垂线位置，降低测量误差。下面通过两种方法，对测船测流误差进行分析。

2.1 仪器交会法误差分析

根据上文分析所得，在使用测船测流检测水位数据时，可以通过保证垂线在处于同一断面减少检测过程中的数据误差。在实际检测过程中通常采用利用光学仪器的方法，判定垂线是否在同一断面，然后利用基线公式对断面的实际位置进行测量，以确保垂线位置统一。当下使用较为广泛的仪器交汇法包括六分仪、平板仪以及经纬仪交会法等。我们以采用经纬仪交汇法进行检测为例，在进行关于距离的测算时，将经纬仪放置在基线终点的位置，然后测量垂线与断面之间的角度，并将之设为Φ，根据正弦定律计算出起点的D的距离，D=LsinΦ/sin（α+Φ），L代表基线长度，α表示断面与基线的夹角，由计算公式可见，以仪器交会法测量起点距的精度，与交会角和基线长度有很大关系。

2.2 GPS法误差分析

在实际检测过程中之所以常常选择仪表交汇法，是因为其操作简便。但由于受光线、气候等客观条件影响，却容易在测量过程难以确保垂线始终在同一断面，而使检测数据产生较大的误差。但是通过将GPS定位技术引用到水温计数检测中后，很多之前难以解决的技术难题，都迎刃而解。利用GPS技术关于检测指标的定位准确度极高，而且不受检测宽度、气候、光线等因素的影响，并且在检测过程中也不需要在断面两侧树立刚标作为依照。GPS定位技术将测船测流技术引进了新的发展阶段。但是GPS定位测量法也不是一点误差没有的，导致其产生误差的原因主要有以下3个。

1）由卫星导致的偏差。由于卫星方面导致的误差，通常是由于卫星历、卫星钟等存在的偏差和错误产生的。GPS是通过卫星进行定位，卫星定位的时间点取决与卫星钟和卫星历。然而由于卫星跟踪站的多少及其分布的科学性、卫星轨道模型等因素的产生偏差，导致卫星的位置产生偏差，从而导致了GPS定位技术在应用时产生了误差。关于避免这方面误差的建议是，在实际测量中利用卫星跟踪定轨技术，将卫星星历轨道设定为初始值。另外，卫星钟产生的误差，则是由于卫星频率与地面静止钟的频率之间的偏差导致的。

2）由于卫星信号传播偏差导致的误差。由于卫星信号在传播途中受到电离层折射、对流层折射等干扰因素的影响，使其传播的准确性受到影响。例如，卫星信号在遇到电离层时，会发生弯曲折射现象，这种情况将使其传播速度发生频繁改变，而致接收到的信号出现偏差。

3）由于接收设备导致的误差。在测量过程中使用GPS定位技术，通常是利用位置准确的接收天线进行接收卫星信号数据，但是实际工作中，由于受到气候、方向等因素的影响而使卫星信号强度发生变化，这样已经固定的天线位置相对变化的卫星信号就有偏差，不再准确，从而产生数据误差。

3 结束语

随着电子信息技术、互联网技术、卫星定位技术等先进的检测辅助措施和技术越来越广发的应用于水文检测领域，在丰富检测手段、提高检测效率和质量的同时，新的问题和由于新技术带来的误差也将出现。所以，在水文监测领域的工作人员，在掌握先进技术的同时，也需要深入分析、思考新技术可能导致的误差及其产生原因，并且通过学习、探讨使新技术的应用扬长避短，促进水文测量领域新的发展。

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