水文测验中测流误差及控制措施分析

尚占钦

摘 要：水文测验所取得的科学可靠的专业数据，对水文水资源管理具有重要的支撑作用，是更好地实现水文水资源管理的基础。在水文测试中，作为重要的测验内容，测流的作用也格外突出。本文主要对多种测流方式误差产生的原因进行分析，并提出相应的误差控制措施，以期为水文测验工作提供一定的理论借鉴。

关键词：水文测验;测流;误差

中图分类号：P332文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）05-0072-03

Abstract： The scientific and reliable professional data obtained by Hydrometry plays an important supporting role in the management of hydrology and water resources， and is the basis for better realizing the management of hydrology and water resources. In the hydrological test， as an important test content， the role of flow measurement is particularly prominent. This paper mainly analyzed the causes of the errors of various flow measurement methods， and put forward the corresponding error control measures， in order to provide some theoretical reference for the hydrological measurement work.

Keywords： hydrologic test;flow measurement;error

测流是水文测验的重要内容。当前，常见的测流方法主要有三种，即超声波测流法、测船测流法以及水文缆道测流法。不同的测流方法有其优势和劣势，造成误差的原因也各不相同。对产生误差的原因进行分析，并针对性地进行误差控制，是提高水文测验数据准确性的前提。

1 水文测验中的测流方式

1.1 测船测流法

测船测流法是较为常见的测流方式之一，主要的测流设备为测船，通过绞车操控流速仪在相应河段水域实现测流，因此也被称为测船绞车测流法。在利用测船测流法进行测流时，需要先将测船停泊在指定测量位置，并通过绞车操控流速仪，并在垂线的指定地点进行水资源的流速测量。

测船测流法在我国水文测验活动中使用范围较广。与其他测流方式相比，测船测流法的优势主要体现在使用范围广和测流成本较低两方面，但在实际测量过程中，测速垂线、测流横断面以及测流垂线起点的一致性，都会直接影响测量结果和测量效率。除此之外，其他因素也会影响测量结果的准确性。

1.2 超声波测流法

超声波测流法是一种新型测流方法，其主要以超声波为媒介，利用超声波设备进行流速测量和数据分析。在实际测量过程中，超声波测流法需要利用超声波流量计对所测量点的流速进行测量，当流体流速同声波方向平行时，声波的波速往往会发生相应变化，声波向上传播时，波速就会出现降低的现象。为此，在进行流速测量时，就需要将超声波流量计分别放置在上、下游，以便能够形成一个完整的测量声路，通过测量两个换能器之间声波传播的历时差，便可以轻松计算出水体的平均流速[1]。

1.3 水文缆道测流法

作为一种较为常用的测流法，水文缆道测流法更适合应用于横断面变化较大的天然河床，同时也更适用于计算所测量流体的平均流速。如图1所示，在使用水文缆道测流法时，需要采用开口油轮进行缆道建设，并采用直流有线与交流有线、交流无线等综合信号回路传输的方式，这样才能更好地保障水文测流的准确性。但在实际应用中不难发现，在采用水文缆道测流法测量水文数据时，缆道的弹跳以及流速变动甚至是机械运动的惯性，都会对流体测量所得数据的准确性造成影响，并导致一定程度上的误差。与其他两种测流方法相比，水文缆道测流法具有更为显著的动态变化，在进行水文测量时往往能够更好地满足相关测验要求。

2 水文测验中测流误差及原因分析

2.1 测船测流法的误差及原因分析

通过上述阐述可以发现，在采用测船测流法时，测流数据往往会受到测速垂线和测深的影响，测深能否与测流横断面以及垂线起点保持一致，是影响测船测流法数据准确性的重要原因。尤其是在进行单次测量的过程中，若单次测量数据不准确，最终将会导致整体数据存在严重误差，影响水文水资源管理效果。以经纬仪交会法为例，在进行测流的过程中，首先需要做的是将经纬仪设置在需要测量的流体岸上的固定基线终点，之后再测量横断面桩与测流垂线之间的水平夹角。但是，在采用经纬仪测量法时，由于水平夹角测量不准确等，必然会产生不同程度的误差。而在使用卫星定位法时，误差主要来自三个方面：第一是卫星的排查可能产生的误差;第二是卫星信号传播过程中可能会受到电离层折射及对流层折射的影响，进而产生误差;第三是设备接收的实际位置也会导致测流结果产生误差。

2.2 超声波测流法的误差及原因分析

当采用超声波测流法进行测流时，测量结果也会出现一定的误差与偏差，在实际应用过程中，误差大多来自以下四个方面。第一，超声波计算時的精度误差所导致的问题。不同的超声波流量计的精度等级也不同，在进行测量时，会产生不同程度的误差和失准。第二，超声波仪器若是缺乏维护和保养，在水下复杂的环境中长时间工作，很容易出现误差问题，这些问题的存在，必然导致最终计算结果出现误差。第三，在进行瞬时流量测量时，瞬时流量的巨大波动也会导致误差的产生。第四，温度也会对超声波测流法的测量结果造成影响。在正常温度条件下，超声波往往会以1 500 m/s的速度传播，但随着温度的升高，超声波传输的速度会出现先增后降的现象，若是仅仅以常温状态下的超声波传播速度进行测量和估算，就很容易导致误差的产生。

2.3 水文缆道测流法误差及原因分析

水文缆道测流法测流的误差大多来自以下三个方面。第一，由于流速存在着脉动现象，测速历时过短会产生一定的测速误差。而在进行水文测流的过程中，脉动流速往往会随着时间的变化而变化，虽然在长时间内脉动的变化会趋近于零，但在短时间内，这些波动的变化会导致测量结果出现误差。第二，当测流垂线不足时，会导致垂线平均流速计算产生误差。第三，在传统的测流过程中，采用水文缆道测流法时往往会忽略中低水的测验，导致在实际测验点偏离水位和流量关系曲线，这种情况下必然会导致出现不同程度的误差[3]。

3 水文测验中测流误差的控制及防治措施

3.1 测船测流法误差控制及防治措施

首先，加强对测量仪器的校调，从而避免因设备等因素造成的误差。其次，对测流方式进行合理调整和控制。为此，需要在垂线上合理布置测速点的位置，从而避免因不合理测速点布置所导致的误差。再次，需要对测流方式进行合理调整和控制。在利用测船测流法进行测流时，要在垂线上合理布置测速点，从而避免由于不合理的测速点布置所导致的误差[4]。为此，需要保证断面的测深和测速垂线能尽可能保持一致，并根据实际状况进行合理调整。最后，在进行测线布设时，需要根据实际的测流要求对测线的数目进行合理调整和控制，并保证测流时机准确，从而保证测流的精确度。

3.2 超声波测流法误差控制及防治措施

为了更好地控制超声波测流法的精确度，需要根据测流的具体要求对精确度进行合理调整，保证其满足水文测验要求。而在实际应用中，还需要根据不同的情况对精确度进行合理调整，即在面对精确度要求较高的水文测验项目时，选择精确度较高的超声波流量计，而面对要求较低的项目，则可以选择精确度相对较低的流量计，进而减少因不同仪器选择所导致的误差。此外，还需要对超声波流量计进行妥善维护和保养，定期清理探头等设备，避免因设备老化所导致的误差。

3.3 水文缆道测流法误差控制及防治措施

水文缆道测流法作为较为常用的测流法，要想克服流速脉动引起的误差，需要在实际测量过程中控制测速时间。在存在较为明显的测速干扰因素时，要合理调整和控制测速时间，尽量保证测速时间控制在50 s以内。针对由于测速垂线不足而导致的误差，要注意控制测点的分布，保证垂线上的测点间距不小于水文缆道直径，同时在畅流期测水深时，要保证水文缆道不露出水面[5]。要想避免中低水测验引起的误差，需要在测验过程中注重对垂线的加固，同时保证垂线的分布均匀，所有的测速垂线应该尽可能固定，以减少误差。除此之外，在使用水文缆道测流法进行水文测验时，影响测流准确度的重要因素之一就是悬索偏角，悬索偏角对测流精确度的影响较为直接，要想避免悬索偏角造成的测流误差，需要控制悬索偏角，对悬索偏角加以改正，悬索偏角的改正主要包括湿绳改正和缆道位移抬升改正两部分。

4 结语

针对当前水文测验中測流方式存在的各种误差，本文分析了相关误差产生的原因，并对其控制和防治措施进行了简要阐述。总而言之，超声波测流法、测船测流法以及水文缆道测流法，不同的测流方法之间各有优劣势，造成误差的原因也各不相同，需要采取针对性的控制和防治措施，减少水文测验中测流误差的产生。

参考文献：

[1]尹峰.水文测验中测流误差及控制措施分析[J].吉林水利，2019（1）：51-54.

[2]肖丽媛.水文测验误差分析与措施[J].水能经济，2018（1）：255.

[3]齐斌，崔殿河，慕明清.黄河中游测区中低水流量测验方法分析试验研究[C]//中国水力发电工程学会水文泥沙专业委员会第六届学术讨论会.2005.

[4]余金峰，吴华，廖玮灿，等.水文测验中水流脉动误差分析[J].河南水利与南水北调，2009（6）：16-17.

[5]亚力坤·马合木提.水文测验的误差分析及其对策[J].黑龙江水利科技，2014（6）：214-216.