流速仪法单次流量测验误差估算探讨

赵子平，付艳红

（吉林省水文水资源局白城分局, 吉林 白城 137000）

流速仪法单次流量测验误差估算探讨

赵子平，付艳红

（吉林省水文水资源局白城分局, 吉林 白城 137000）

水文测站的测验项目受多种因素影响，各项测验成果都不同程度的存在误差。文章针对流速仪法单次流量测验误差估算进行了探讨，归纳了误差估算的思路及影响因素，并用实例予以分析。对实际工作具有一定的指导意义。

洮儿河洮南；水文站；流速仪；流量；系统误差

流量测验是最主要的水文测验项目，流量误差主要是起点距、水深、流速，由于受仪器设备、水力条件、人为因素等影响而产生误差。流量测验总不确定度由流量测验总随机不确定度与总系统不确定度组成。这两项误差的估算对流量测验成果合理性检查分析有重要作用。

1 流速仪法测量断面流量

流速仪法流量测验，一般在河流上设置指定的测验断面，布置垂线测量水深，在垂线范围测量各点流速，由相邻垂线平均流速的均值与垂线间面积之积为部分流量，各部分流量之和为全断面流量。

qi＝viAi（1）式中：qi——第 i 部分的流量，m3/s；vi——第 i 部分的断面平均流速 ，m/s；Ai——按 测速垂线划分第 i部分的断面面积，m2。

全断面流量计算式：

当测速垂线数 n→∞ 时，实测流量 Q→Q′流量真值，实际上由于测量历时和测验工作量的限制，测速垂线数不可能无穷多，因此，实测流量 Q 不可能等于真值 Q′，需要对实测流量改正后才是断面通过流量即

Q′＝mQ （3）

式中：Q′——通过断面的流量真值，m3/s；Q——通过断面的实测流量，m3/s；m——流量改正因素。

当测速断面出现死水时，死水区的断面面积不超过断面总面积的 3%时，死水区可作流水；当测流断面上出现回流区时，回流量超过断面顺流量的 1%时，应施测回水区的流量即为逆流量，量值前应加负号。

2 单次流量测验真值和误差

实际测流量时不可能将部分面积分成无限多，而是分成有限部分，从公式（2）可看出，实测的流量只是实际流量的近似值。每一次测量流量都需要一定时间，不能瞬时完成，因此实测得到的流量是时段的平均值，并非瞬时流量值。对测得流量有 3 点认识：1）很难测得真值，测量获得值是真值的近似值；2）很难在真值不变条件下重复测量；3）测得值时间非瞬时时刻。

单次流量测验获得流量误差，即以断面多线多点测得的结果做标准，评定减线减点后测得成果的误差，用来选择能保证成果精度，能减少工作量，缩短测验历时的方法，这种评定方法只能求出精简条件下成果总误差，而成果总误差是由各要素直接测量的误差传递来的，实际工作中难以由总误差推求出成果各要素直接测量的误差，也就很难找出影响成果误差的因素，导致有效控制测量误差与降低总误差的目标不明确。

3 单次流量测验总不确定度与已定系统误差的估算评价

测量值误差是对真值来说的，单次流量测验真值很难获得，常用总不确定度与已定系统误差进行估算评价。

总不确定度估算式：

式中：X′Q——流量总随机不确定度，%；X′m——断面Ⅲ型随机 不确定度 ，%；X′e——断 面Ⅰ 型 随机不 确定度，%；X′p——断 面 Ⅱ型随 机不确定 度，%；X′c——流速仪率 定 随机不 确定度，%；X′b——断 面的测 宽随机不确 定 度，%；X′d——断面 的 测深 随 机不确 定度，%；m——断面的测速垂线数目。

式中：X″

Q——流 量 总系 统 不 确 定 度 ，%；X″b——测宽 系 统 不 确 定 度 ，%；X″d—— 测 深 系 统 不 确 定度，%；X″c——流速仪检定系统不确定度，%。

已定系统误差估算式：

式中：μQ——流量已定系统误差，%；μm——Ⅲ型误差的已定系统误差，%；μs——断面Ⅱ型误差的已定系统误差，%。

单次流量测验误差除上述主要方面影响外，还有流速仪静水检定、水流特性、仪器悬吊工具及方式、流向与斜流程度、垂向运动、水流的紊流程度和计算、流量计算方法等。

4 误差估算公式应用

以一类精度洮儿河洮南水文站为例，计算该站当年的高、中、低水流量总不确定度和已定系统误差。

选用 2013 年第 11 次流量，5 月 15 日 8∶45，水位 145.17 m；第 14 次流量，5 月 17 日 9∶10，水位146.0 8 m；第 45 次流量，8 月 6 日 9∶05 分，水位148.60 m，共 3 次高中低水实测流量资料，查读《河流流量测验规范》及《吉林省水文资料整编及测验质量评定细则》，求得下列对应参数，而后用公式（4）—（7），计算出不确定度及系统误差，见表 1。

表 2 为洮南站 2013 年 3 次高水（45 次）、中水（14 次）、低水（11 次）实测流量测验不确定度与系统误差的检验对照表。结果表明，单次流量不确度合理，系统误差低水时成果超标不大，说明单次流量测验具有一定精度，满足规范及使用要求。

表2 2013年洮南站实测流量测验不确定度和系统误差检验对照表%

5单次流量测验误差估算的基本思路及影响因素

流速仪法单次流量测验误差估算，是对影响误差的各种因素在不同条件下进行多次试验，把获得的数据用统计的办法算出各因素的误差，确定流量测验允许误差指标。影响单次流量误差因素有：①测深误差；②测宽误差；③流速仪检定误差；④由测点有限测速历时和流速脉动导致的误差；⑤由测速垂线数测点数目不足导致的垂线平均计算流速误差；⑥由测速垂线数目不足导致的部分平均流速计算误差等。影响流量精度因素实际测量中必须引起重视，尤其低水时误差的影响。

6 结语

该方法推算单次流量成果合理，精度可靠。按照水文站测验精度，还有实测流量资料，就可以进行估算分析检查。建议当单次流量异常时采用误差估算考证，十分必要，有利于水文预报、水文分析、水文计算及工程设计规划的需要。

［1］GB50179-93，河流流量测验规范［S］.

P332

A

1002－0624（2014）07－0045－02

2014-03-04