水文自动测流系统误差计算及比测成果分析

2014-03-22 06:31刘洪波菅浩然
东北水利水电 2014年5期
关键词:比测测流测验

刘洪波,菅浩然

(黄河水利职业技术学院,河南 开封 475004)

水文自动测流系统误差计算及比测成果分析

刘洪波,菅浩然

(黄河水利职业技术学院,河南 开封 475004)

近年来水文缆道自动测流系统得到较快的普及应用。文中通过对白马寺水文站缆道自动测流系统比测试验资料的分析,根据误差传播理论,肯定了缆道自动测流系统的流量测验精度,为实现水文缆道自动测流提供了可靠依据。

自动测流系统;误差传播;比测分析

1 测站概况

白马寺水文站位于河南洛阳白马寺境内,是洛河的把口站和黄河防汛的重要报讯站,设立于1951 年 1 月,集水面积 11891km2,距伊洛河口 58 km,历史调查最大洪水 10750m3/s(1931年),实测最 大 洪 水 6320m3/s(1958 年 7 月 17 日),实 测 最大含沙量 125kg/m3。水文站共设 8 个断面,流速仪测流断面及浮标中断面与基本水尺断面重合,上比降断面与浮标上断面重合位于基本水尺断面以上 150m,下比降断面与浮标下断面重合位于基本断面下 150m,测验河段位于顺直狭窄地段,全长 300m。右岸为土质高坎,左岸为石砌护岸,沙质河床,高水冲淤变化较大,基本断面上游 500 m 处右向弯道,高中水有间断回流现象,水位不稳定,大水有卷浪不利于测验,低水期水流集中,右岸附近有时出现斜流,断面左岸部分上下游挖沙严重,形成无水河道与断面主槽墙体隔开,当水位大于 15.5m 时,全断面过水导致断面发生较大变化。流速仪缆道(重铅鱼)支架为自立式钢支架,架顶高程左右岸等高 32.32m,跨度 214m,主索直径 21.5mm,2001 年建成,动力设备为电动绞车无级变频调速装置,全部操作由主控室计算机控制,设计流量为 7000m3/s,流速仪拉偏缆道为自立式钢支架,架顶高程为 30.42m,跨度 210m,主索直径 18.5mm。大断面见图 1。

2 比测方法概述

在测验开始前首先要检查流速仪运转是否正常,检查电压是否正常,然后加电开启计算机并输入流速仪计算公式。布设测速垂线,按“常测法”布设,具体布设如下:水深小于 0.5m 时只加测水深;水深在 0.5~1.5m 时,实测相对水深 0.6m 处的流速;水深在 1.5m 以上时,实测相对水深0.2,0.8m 处的流速。

在比测过程中吊箱与铅鱼同时进行施测,一般选在水位变化平缓、无风浪的情况下进行,按高、中、低水布设流量测次、尽量做到测流历时相同。整个铅鱼测验过程为显示屏电脑触摸式控制(分手动操作和全自动操作),具体操作方法如下:手动操作:就是测验过程中铅鱼的前进、后退、上升、下降、测深、测速记录全部测验过程手动完成;全自动操作:就是在测验过程中铅鱼的前进、后退、上升、下降、测深、测速全部测流过程由计算机控制,全部自动完成。在测验过程中随时注意水面变化情况,及时调整测速垂线。测验过程中要随时注意水面变化情况,及时调整测速垂线。

3 比测资料的误差分析

3.1 比测成果分析

在流量比测过程中共进行了 50次流量测次的比测,在比测过程中采用吊箱与铅鱼同时进行的,比测误差分析结果如表 1。

表1 比测误差分析结果表

3.2 误差成果分析

1)误差传播定律。由于中误差的平方是方差的估值,所以中误差的传播关系应服从于方差的传播关系。

设有函数

z=f(x1,x2,……,xn) (1)

为推求方差及中误差的传递关系,首先找出真误差的关系式。设以△i 表示自变量 xi(i=1,2,……,n) 的真误差,△z 表示由此引起的函数值 z的真误差,当误差值都很小时,取(1)式的全微分,并代之以相应的增量——即真误差,得

则(2)式用矩阵表示可写成

△z=KT△ (3)

将上式取平方

△z2=KT△△KT(4)

再取数学期望

△ σz2=KTE(△△T)K (5)

(6)式即为向量 X 的协方差阵。此式表示函数的方差与自变量的协方差阵之间的关系。一般称此式为方差传播定律。若将协方差阵 E(△△T),代入估值矩阵得

式(8)就是一般形式的误差传播定律。

当自变量 x1,x2,… …,xn相互独立时,σij=E(△i△j) =E(△i)E(△j)=0,故有:

式(9)为变量相互独立时的方差和误差传播定律。

(2)误差传播分析:由于 q=bhv,

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1002-0624(2014)05-0035-02

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