流速儀流量測驗誤差來源分析

【摘要】文章通過測量流速、測深、測深垂線與測速垂線在斷面上分布的代表性，相應水位以及河床沖淤變化等方面對流速儀測量誤差進行了分析，并總結了可能造成較大或較嚴重誤差的條件。

【關鍵詞】流速儀；測量誤差；分析

流速儀流量測量誤差的來源繁多，而各種誤差的大小又因條件的不同會有很大的變化。本文只對流速儀流量測驗中發生誤差的可能來源進行定性分析，而不作誤差的定量分析。流速儀流量測量誤差的來源主要可分為五類：①流速的誤差；②測深誤差；③測深垂線與測速垂線在斷面上分布的代表性；④相應水位的誤差；⑤河床沖淤變化的影響。現分述如下：

1、流速的誤差

在用流速儀進行流量測量時，流速測定的正確性在流量測量中占有相當重要的地位，它是主要決定測流準確度的因素。

1.1 儀器性能方面的影響

流速儀檢定后在使用過程中，誤差程度隨時間的延長和儀器的保護情況而定，若儀器不定期檢查，而總是沿用舊公式，將引起很大的誤差。因此，儀器應定期進行檢定，還有所測流速超過流速儀檢定范圍的流速時，也會發生很大的誤差，特別是低速部分。

1.2 流速脈動的影響

流速是有脈動的，為了避免流速脈動的影響，就需要足夠的施測時間，脈動越顯著，所需用以避免脈動現象影響的時間越長，故除非在搶測洪峰必須爭取時間或因測船滑動水草纏繞等現象嚴重的情況下，不應縮短測流歷時。

1.3 儀器懸吊位置不固定的影響

若測船滑動擺動或上下浮沉，或手持測桿上下滑動等，這種懸吊儀器位置的不固定，使流速儀不能固定在測點上，這就使測得的流速不能代表該測點之流速，因而發生誤差。

1.4 停表準確度的影響

停表的準確度直接影響到測點流速的準確度，還有信號與停表計時配合的誤差，也依工作人員的熟練程度而定。

1.5 流向偏差的影響

流向偏角對流速測量成果影響很大，有流向偏角而不改正，將會造成很大誤差，當流向偏角大于10°時，就需加以校正，（偏角ɑ為流向與斷面垂線的夾角）。

1.6 水位漲落的影響

由于施測時間水位漲落，使得流速也隨時間而變化，故在水位漲落急劇時測流，在每根垂線每個測點應盡量縮短施測時間，也是十分重要的。

1.7 測船的影響

若測速點的位置處在測船的影響范圍中，則測得的流速將會偏小，故應將流速儀伸到測船外足夠遠處。

2、測深誤差

在水淺和河底有大卵石的測點上測深，或在水流很急測繩角甚大（如大于20°以上）時測深，測深的誤差可成為測流中的主要誤差來源之一。

2.1 河床性質的影響

在卵石河床上測深時，測桿測到卵石上和測到兩卵石的夾縫中，所測得的水深是不一樣的，故在卵石河床上測深時，除在測點上測一個水深外，應在測點四周再測四點取其平均值，就是為了消滅這些誤差，同時測深桿底也需加有底盤。

2.2 偏角誤差

在水深流急的垂線上測深時，測深桿不易拿直，此時讀數就有誤差，要避免這種誤差，通常是將測桿向上游插入水中，避免下擺，待擺到垂線位置時，即插到河底，這時再讀測深數。

若用測繩懸吊鉛魚測深時，偏角引起的誤差有時很大，此時應加重鉛魚，使偏角盡量減小，在偏角大于10°時，即應進行偏角校正。

3、斷面上測深垂線與測速垂線分布的代表性

3.1 測深垂線的代表性

測深垂線間的河床如成直線變化，這樣按垂線水深計算部分面積時誤差可以略而不計，但河床很少是直線變化的，轉折一般都很多，不可能都符合于兩垂線間成直線變化的理想，這樣在計算部分面積時就帶來了誤差，所以在布置測深垂線時應在水深突變的轉折點增加測深垂線。

3.2 測速垂線的代表性

也和測深垂線一樣，使兩垂線間的流速分布很接近于直線，這樣就在水深突變之處，陡岸附近，死水邊附近，流速紊亂之處等凡流速分布可能轉折的地方都應分布測速垂線。

3.3 斷面圖與流速分布圖的相似性

一般斷面圖與流速分布圖都有相當的相似性，因此能隨測隨將斷面圖和流速分布圖點繪在一起，對于選定垂線，檢查固定垂線的代表性，發現錯誤都是很有幫助的。

4、相應水位的誤差

孤立的一個流量數值縱使是很精確的實測流量，但在水文資料的整編分析及使用上是沒有多大意義的，而我們還沒有辦法在每個短時段都能施測流量，這樣就有必要利用水位流量的關系了，那么實測流量的相應水位就有必要找出，而在流量測得很準確，但相應水位觀測和計算則有較大誤差的情況也是不能容許的。在水位平穩時，相應水位的觀測和計算是沒有什么困難的，但在水位急劇漲落的大洪水時，此時水尺處在波高浪大，這就只有熟練而有經驗的工作人員才能觀讀到較準確的水位，然后用加權法計算相應水位。

5、河床沖淤變化的影響

在沖淤變化主流擺動較大的測站，測流的時間盡量縮短有很大的意義，因為在這種情況下，若流量測驗隨著主流擺動的方向進行施測，就會得到偏大的成果，相反，成果將會偏小，故在沖淤變化主流擺動嚴重的情況下，只有盡量減短測流時間，最好能測得瞬時的流量。

6、結語

在上述各項誤差中，哪些誤差較大較嚴重是隨著各站的條件及測驗時的情況而定。例如在河床變化很急劇的時候，由于施測時間的拖長，造成的誤差將是很嚴重的，在寬淺河道中，水位急劇漲落的大洪水時，由于水位觀測的誤差和相應水位計算的誤差也將是很嚴重的，在斷面形狀特殊復雜時，測深測速垂線的分布就必須特別注意，還有流速儀必須定期進行檢定，所測流速必須在流速儀的檢定范圍內，否則，將造成較大的而且是系統的誤差，流向偏角引起的誤差同樣也不能忽視。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準《河流流量測驗規范》GB 50179-93.

[2]水文測驗國際標準與說明，第一集，貴州人民出版社，2013.5.

作者簡介：劉磊，男，1986年9月生，河南省駐馬店市遂平縣人，現供職于浙江省青田縣鶴城水文站，助理工程師，主要從事水文勘測與水文資料整編工作。