水文水资源测量不确定度问题浅析

2015-11-25赵威

城市地理 2015年24期

赵威

(吉林省水文水资源局松原分局，吉林松原 138000)

世界是需要我们通过一些必要的测量和科技手段不断地探索，才能进一步去认识自然界的事物。对于自然界很多事物的量值关系的确定，测量是一种常用的方法和手段。在测量自然界事物的量值时，我们首先需要明确被测量真值和测量不确定度。被测量真值是事物本身的一种量值，它是客观存在的，并不会因为人为的测量而发生改变。测量不确定度就是我们在对事物测量时，比如水文水资源，受一些雨量、泥沙、水位等外在客观影响因素。不确定度是任何测量过程中都会存在的东西，受认识水平和测量技术的多种因素限制，测量的结果肯定会存在不确定性。如何科学合理地看待不确定度的存在，并找出相应的方法进一步控制减少测量误差，这不仅是所有测量工作中必须面对的一个问题，更是在水文水资源测量中亟需解决的一个重要问题。

1.水文水资源测量不确定度的概述

水文水资源的测量包括对水体的位置、雨水降落蒸发量、水体流量以及地下水位和水质分析等多个方面，这些物质的测量都是需要使用精密的仪器和专业的方法才能进行的，它的测量从理论上来说是一种单一的计量学。现阶段，全球的资源都陷入了短缺状态，虽然中国总体的水资源丰富，但是人均可用的淡水资源却是非常少，因此很多领域对于水文水资源测量结果的准确性和可靠性要求都较高，特别是关于水文水资源的开发和使用测量方面更有着十分严格的标准。比如，一些水利工程的建设，对于该地的水文水资源的测量必须精准到位，测量的结果要符合当地的实际水文情况，并能够将测量的不确定度都考虑进去。

其实，测量的不确定度就存在于测量的过程中，因为各种可能会影响测量的因素都是在测量阶段进行干预，所以这种因素的存在会导致测量的结果分散有一定的误差限，也就是测量结果与实际被测量真值间存在的一个区间。这种不确定度的存在，除了和测量的方法、设备、操作人员技能水平有关外，更和我们所选择的测量对象本身的特性有关。水是一种液体，液体的测量需要重复多次，将其所有的测量都处于统计控制下，最终其得出的分散结果可结合可贝塞尔公式，就能得出其不确定度。在多次测量的过程中，测量人员的认识不足或者测量不完善，都会造成被测量值与上一次测量的偏差，我们将这些所有测量值进行整理，就能得出其大概的测量值区间。这种区间内存在的数值是因为系统误差而造成的一个变值分布，我们并不能确定测量的值就接近被测量真值，它具有一定的分散性，因此我们可以用标准〔偏〕差表示或者标准〔偏〕差的倍数表示，前者为标准不确定度，后者为扩展不确定度。

2.水文水资源测量不确定度的问题浅析

2.1 水文水资源测量不确定度的问题。水文水资源在测量时产生不确定度的因素很多，但主要的还是和测量设备和使用的测量方法有关。测量物体时，首先应该对测量的物体进行定义，随后再进行测量，测量的样本是不能代替实际被测整片区域的情况，在测量时，必须事先充分测量水体环境和可能会影响测量结果的因素。测量设备必须精准，其测量得出的数值必须与测量的水体赋值重合，测量获得的数据必须经历重复测量，这样才能最大减少系统误差。

2.2 实际测量不确定度的基本方法。测量不确定度的评定主要有方差和标准差这两种方法，两种方法的差异值越小，表示其不确定度也越小，测量的结果也越接近被测量真值，使用价值高。

不确定度根据产生原因，也可以分为系统不确定度和随机不确定度，当前这两种不确定度主要有AB 两类判定方法进行评定。A 类的判定是根据测量观察的实际结果进行统计分析而得出的，这是一种试验得出的标准差。A 类因为是通过重复测量变化的，其偶然误差和系统误差都会存在，因此其相应的随机变量x 的最佳估计值，是在n 个独立测量值之间取得的。

每一次对样本的测量标准偏差为:

多次测量的平均值标准差应为:

B 类的判定与A 类有所不同，它是以一种估计的标准差出现。因此B 类存在的偶然误差较多，对于这里的评定就需要作业员具有丰富的经验和洞察力，能够对相应的不确定度的值进行平衡。比如，对于给出量不确定度值D，若技术资料显示的是K 倍，则测量不确定度为U=D/K，若是从正态分布角度考虑，置信区间应该包含相应的因子K。

2.3 数学模型的建立。水文水资源的测定，其实也需要通过相应的数学模型，才能更好地反应有关变量的实际变化。在累计重复测量的情况下，我们可以将长期积累的数据建立经验模型。经验模型可以将这些数据全都进行统计控制，因为这也有助于数学模型的建立和测量不确定度的评定。测量不确定度是由很多个小的分量构成，这些分量的来源主要有两种，一种是测量结果的数列估算，另一种则是概率估算，两者的产生既和系统误差有关，又和偶然误差有关，但如果系统误差所造成的不确定分量很小，其在评定时所造成的不确定度也可忽略不计。

主要的数学模型公式为Y=f (x1，x 2......xn)

这就是我们所称的数学模型，也是测量模型，大写字母是代表可以测量的量，也就是随机变量，输出的值取决于输入的x1，x2.....xn 本身，其实这也是一个非常复杂的函数式，具体要将它表示出来，还是有一点困难的。