深水觀讀誤差對(duì)流量測驗(yàn)精度的影響

深水觀讀誤差對(duì)流量測驗(yàn)精度的影響

1水位流量關(guān)系曲線由于水資源的合理使用需要系統(tǒng)的水文數(shù)據(jù)，該流域流量數(shù)據(jù)是最常用的水文數(shù)據(jù)之一。將某一流域的流量資料通過分析整理,按科學(xué)的方法和統(tǒng)一的格式,整編成具有足夠精度的、系統(tǒng)連續(xù)的資料過程稱為流量資料整編。水位～流量關(guān)系曲線法是流量資料整編中最常用、最基本的方法。水位～流量關(guān)系曲線指江河橫斷面上的水位與流量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即以流量為橫坐標(biāo)、水位為縱坐標(biāo)的一條曲線。流量資料整編中最關(guān)鍵的部分是繪制準(zhǔn)確合理的水位～流量關(guān)系曲線,用水位在曲線上推求流量,計(jì)算日、月、年平均水資源量及挑選各種流量特征值。分析水位～流量關(guān)系的性質(zhì)和影響因素,可以幫助我們獲取比較合理的,符合河流實(shí)際特性的流量數(shù)據(jù),以提高流量推算的精度,更好地服務(wù)于流域開發(fā)、利用和治理工作。影響水位～流量關(guān)系曲線的因素雖較多,但主要以流量測驗(yàn)誤差為主。因河道斷面流量Q=A×V,式中A為斷面面積(A=h×b,h為斷面平均水深,b為水面寬),V為斷面平均流速,所以流量測驗(yàn)誤差主要由面積和流速的誤差引起。本文僅以中小河流低水期采用測深桿懸掛流速儀法測流時(shí),水深測量誤差對(duì)流量資料整編精度的影響進(jìn)行實(shí)例分析。2結(jié)果及誤差分析在流量測驗(yàn)過程中,必須依次測取各測深垂線的水深和垂線間距,以便計(jì)算出各部分過水?dāng)嗝娴拿娣e,最后累加成斷面總面積。水文測驗(yàn)斷面的測深垂線間距一般都是固定不變的,誤差可以忽略不計(jì)。低水期采用測深桿觀測水深時(shí),測深桿入水后迎水面產(chǎn)生雍水現(xiàn)象,如果僅從迎水面觀讀水深則觀讀值高于正常值,背水面由于測深桿阻水產(chǎn)生渦流,如果僅從背水面觀讀則觀讀值低于正常值,正確的測量方法是盡可能從側(cè)面讀取測深桿在實(shí)際水面處的刻度值且采取多次觀讀取均值的方法測得,這樣才能更接近于真值。讀數(shù)誤差引起的水深的增大(減小)將直接導(dǎo)致過水?dāng)嗝婷娣e的增大(減小)。因測深桿懸掛流速儀測量斷面流速時(shí),流速儀入水深度是按已測得的水深值,以一定的比例系數(shù)自水面向下按計(jì)算深度值來放置,所以,水深觀讀誤差將會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致流速儀入水深度的誤差。又因在斷面垂線上不同深度的水流速度分布形式不同,所以又將產(chǎn)生流速測量誤差。面積和流速的誤差將共同產(chǎn)生流量的計(jì)算誤差。下面以實(shí)際對(duì)比觀測數(shù)據(jù)來進(jìn)一步分析測深桿測深誤差對(duì)流量資料精度的影響。2.1流速和流量測定流量測驗(yàn)斷面位于烏云河?xùn)|風(fēng)水文站,流量測驗(yàn)方式采用測深桿(圓柱形)懸掛流速儀涉水施測法。斷面各條測速垂線流速均采用一點(diǎn)法施測,儀器入水深度均為0.6h測。本次對(duì)比觀測共采集了不同水位下10個(gè)測次的流量測驗(yàn)資料,用來檢驗(yàn)水深測量誤差對(duì)流量、面積、流速的影響。實(shí)測水深時(shí)分別讀取測深桿入水后迎水面、背水面和實(shí)際接觸水面的水深讀數(shù),每個(gè)測次產(chǎn)生3組流量,面積、流速數(shù)據(jù),以在實(shí)際水面處觀讀水深測得的數(shù)據(jù)組作為正常值,詳見表1。2.2線/線檢測方法分析表1中的數(shù)據(jù)可知,在測深桿迎水面觀讀水深時(shí)所引起的計(jì)算誤差使斷面面積增大,流速減小;在測深桿背水面觀讀水深時(shí)所引起的計(jì)算誤差使斷面面積減小,流速增大;面積和流速計(jì)算誤差共同導(dǎo)致斷面流量值在測深桿背水面觀讀水深時(shí)增大,迎水面觀讀水深時(shí)減小。根據(jù)各組數(shù)據(jù)分別繪制出3條水位～流量關(guān)系曲線,見圖1。由水位～流量關(guān)系曲線對(duì)比圖可見,在迎水面測深時(shí)所形成的水位～流量關(guān)系曲線偏向標(biāo)準(zhǔn)曲線的左側(cè),在背水面測深時(shí)所形成的關(guān)系曲線偏向標(biāo)準(zhǔn)曲線的右側(cè)。下面采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)t檢驗(yàn)法,選顯著性水平a=0.05m來檢驗(yàn)2條曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線的偏離程度。計(jì)算公式為:t=∣∣x1??x2?∣∣?|μ1?μ2|(1n1+1n2)(s21+s22n1+n2?2)√(1)式中:x1、x2為兩組數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的偏離值,μ1,μ2為兩組系列數(shù)據(jù)的均值,s21,s22為x1、x2的方差,n1、n2為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。經(jīng)計(jì)算,t迎水側(cè)曲線=|?0.80?0.1|?|4.67?3.86|(110+110)(0.18+0.1118)√=2.50,因|t|>臨界值t(1-a/2)=2.10,所以迎水側(cè)流量曲線沒有通過t檢驗(yàn),已偏離標(biāo)準(zhǔn)曲線,不能與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行合并定線。t背水側(cè)曲線=|1.17?0.1|?|4.67?5.83|(110+110)(0.06+0.1118)√=83.3,因|t|>臨界值t(1-a/2)=2.10,所以背水側(cè)流量曲線沒有通過t檢驗(yàn),已明顯偏離標(biāo)準(zhǔn)曲線,不能與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行合并定線。迎水側(cè)與背水側(cè)所測得的流量點(diǎn)據(jù)與正常曲線的系統(tǒng)偏差分別為-24.2%和39.4%,超出了《水文資料整編規(guī)范》規(guī)定的測點(diǎn)與曲線系統(tǒng)誤差<±1%的限制標(biāo)準(zhǔn)。采用迎水側(cè)流量曲線推求5月份地表水資源量為103.3萬m3,小于實(shí)際水量21.8萬m3,采用背水側(cè)流量曲線推求5月份地表水資源量為156.4萬m3,大于實(shí)際水量31.3萬m3。可見,不能使用帶有系統(tǒng)偏離誤差的水位～流量關(guān)系曲線來推求流域水資源量,否則會(huì)帶來較大計(jì)算誤差,影響到河流水資源量的有效利用。3深水測量誤差由上述分析可知,雖然有多種因素可以引起流量測驗(yàn)過程中斷面面積和流速的測量誤差,但水深測量誤差是能夠同時(shí)導(dǎo)致二者產(chǎn)生誤差的主要因素?！逗恿髁髁繙y驗(yàn)規(guī)范》將水深測量誤差分別列入斷面測量和流速測量的誤差來源之一,但《規(guī)范》在水深測量誤差來源說明中,并未強(qiáng)調(diào)測深桿測深時(shí)產(chǎn)生的迎水雍水和背水漩渦所帶來的水深觀測誤差問題。實(shí)際工作中為方便起見,有時(shí)存在測量水深時(shí)直接觀讀壅水或漩渦處水深讀數(shù)的現(xiàn)象。上述實(shí)例分析數(shù)據(jù)系列長度雖較短,但也可以初步認(rèn)為,這種觀測習(xí)慣會(huì)帶來較大的流量計(jì)算誤差,將會(huì)直接影響到流量資料的有效利用。具體改進(jìn)建議是除了按前文所述方法正