孫文娟，和嘵應，郭 強，竇 敏，張 楠，李海霞

（黃委三門峽庫區(qū)水文水資源局，河南 三門峽 472000）

潼關站一般水流條件下采用流速儀法施測流量，僅在特殊情況下，改用浮標法測流。采用流速——面積法施測流量時，流量測驗誤差由水道斷面測量和流速測驗2大部分組成。影響測驗精度的因素概括起來有3方面：1）測驗方法和儀器因素。包括各種測驗儀器的精密度、準確度以及儀器設備入水部分阻水引起的水流結(jié)構(gòu)變化等；2）測驗過程中的人為因素。如操作技術的熟練程度，規(guī)范執(zhí)行情況，現(xiàn)場測驗垂線布設位置、測船定位等；3）自然因素。如水位漲落、河床沖淤變化等。

1 水道斷面測量誤差的來源及控制

水道斷面測量的誤差來源于測深垂線布設數(shù)目、水深測量和水面寬測量。

1.1 測深垂線布設

從誤差傳遞角度講，水深測量誤差將傳遞給水道面積，進而傳遞給流量。當斷面平均流速一定時，面積的相對誤差將引起流量等量的相對誤差。為了測得精確的斷面資料，就必須保證有足夠多的垂線數(shù)目來控制河床變化的轉(zhuǎn)折點。GB 50179—93《河流流量測驗規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》）沒有對測深數(shù)目作出要求。《水文測驗手冊》（以下簡稱《手冊》）要求測深垂線數(shù)目的精簡根據(jù)由精密測深資料進行，精密測深資料的垂線數(shù)一般不少于精測法測速垂線數(shù)目的2倍。

根據(jù)《手冊》有關的技術要求，潼關站在2004年進行了19次精密測深誤差試驗。對該資料進行精簡分析，精簡后保持不同測深垂線數(shù)目的相對平均誤差和相對標準差見表1。

表1 測深垂線精簡誤差統(tǒng)計表

從表1計算結(jié)果看，面積的測驗精度隨著測深垂線數(shù)目的增多而提高，垂線數(shù)目增加到25條時，相對標準差可控制在2.0%以內(nèi)；不同測速垂線數(shù)目的面積計算結(jié)果系統(tǒng)偏小，當垂線數(shù)目增加到20條時，相對平均誤差可控制在1.0%以內(nèi)。試驗結(jié)果表明，增加測深垂線數(shù)目，簡而易行，能有效地提高面積測驗精度。潼關站在實施流量測驗時，采用測深與測速垂線相間布設的方法，推薦潼關站測深垂線布設數(shù)目在高、中、低水應分別不少于34，30，26條，且垂線易均勻分布，主槽較灘地稍密。

1.2 水深測量

潼關站水深測量采用測深桿。影響測深精度的因素有測深桿的彎曲程度、桿底接觸河底時的傾斜情況以及水面起伏和桿底入泥深度、標尺刻畫精度與測驗人員的操作技能、熟練程度等。這些因素直接影響讀數(shù)精度，為了消除誤差，測深桿的制作精度要滿足《規(guī)范》要求，一般重復測深2次以上，嚴格執(zhí)行操作規(guī)范。

采用測深桿測深方法導致的測驗誤差，根據(jù)潼關站2004年45條測深垂線比測，計算測深的相對標準差1.4%，相對平均誤差0.24%。由此可知，潼關站采用測深桿測深的精度滿足《規(guī)范》規(guī)定的要求。

1.3 水面寬測量

潼關站水面寬測量采用標志索直接觀讀，誤差來源于斷面標志索的伸縮與垂度變化。為了消除誤差，潼關站每年汛前都對標志索的垂度進行改正，并用全站儀對標志索進行檢驗。為了探索采用標志索測寬給面積測驗帶來的誤差，2004年潼關站用全站儀對標志索進行檢驗，共比測148條垂線，計算測寬隨機不確定度為2.0%，系統(tǒng)不確定度為0.12%。由此可知，潼關站采用標志索測寬的測驗精度滿足《規(guī)范》規(guī)定的要求。

引起面積測量誤差除上述因素外，洪水期水位漲落率大以及河床沖淤變化劇烈，測流歷時將對面積引起誤差，此時應盡可能縮短測流歷時；在實施作業(yè)時測船定位不準也將對面積引起誤差。

2 流速測驗的誤差來源及控制

潼關站采用過河纜吊船橫渡測驗流速，船的前甲板左側(cè)分別安裝水文絞車和懸桿升降架各1套。采用懸桿、懸索2架流速儀同步測流，或采用1架流速儀單獨施測。影響測驗精度的因素有測點流速脈動誤差，垂線測點流速測驗方法，測速垂線布設數(shù)目，測船阻水和懸桿入水對流速的影響和流速儀測點定位不準等。

2.1 測點流速脈動誤差

張海敏等人在《黃河中下游流量測驗總誤差的實驗研究》中，利用華縣等水文站的測點流速脈動試驗資料，分析了測點流速脈動誤差，認為：1）測點流速脈動誤差，隨測速歷時的增加而減?。?）各相對水深處不同測速歷時的誤差數(shù)值，同其他流域的試驗結(jié)果相近。除水面外，其余各點的測速歷時只要大于80 s，其相對標準差均在3%以下；3）不同測速歷時脈動誤差的相對標準差，都符合上下大、中間小的趨勢。歷時愈短，差異愈明顯。當測速歷時增至200 s時，已無明顯差異[1]。

參考以上研究成果，認為潼關站常測法流速測速歷時選擇100 s是合適的，特殊水情采用一點法測速時，易選用0.6或0.5一點法，測速歷時應選擇在80～30 s之間，此時要適當增加測速、測深垂線，以減少測點流速測驗誤差和流速脈動誤差對流量測驗總誤差的影響。洪水期間水位漲落率大，靠增加測速歷時提高測驗精度是不可取的，增加測速歷時，必然會延長測流歷時，導致相應水位采用近似計算法給流量測驗帶來更大誤差。

2.2 垂線測點流速測驗

根據(jù)潼關站2004年試驗的37條11點法垂線資料，對流速測點進行精簡分析。分別計算水面一點法、相對水深0.2，0.5，0.6一點法、相對水深0.2，0.8 兩點法、相對水深 0.2，0.6，0.8 三點法的流速相對平均誤差和相對標準差（見表2）。

表2 測速垂線不同測速方法系數(shù)及誤差統(tǒng)計表

從表2的計算結(jié)果看，潼關站采用三點法測速的測驗精度最高，為最佳測速方案，其次為兩點法，2種方法的測驗精度均滿足《規(guī)范》要求；一點法測速誤差均超過《規(guī)范》要求，一般不宜采用；一點法測速方案中，0.6一點法測速精度最高，其次為0.5一點法。測流方案優(yōu)化在滿足流量測驗精度的前提下，應經(jīng)濟、實用，推薦潼關站在低水期或水量調(diào)度的關鍵期測點流速采用三點法施測，簡測法采用0.6一點法施測。

2.3 測速垂線布設

為了探討不同測速垂線數(shù)目導致的流量測驗誤差，2004年潼關站進行了17次多線法流量誤差試驗。根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定的有關技術要求，在進行測速垂線精簡分析時，根據(jù)斷面形狀和流速橫向分布，確定對流量精度影響較大的垂線作為保留垂線，按均勻抽取的原則，分別計算垂線精簡后保留不同垂線數(shù)目的系統(tǒng)誤差和相對標準差，結(jié)果見表3。

表3 測速垂線精簡誤差統(tǒng)計表

從表3計算的結(jié)果看，流量測驗精度隨著測速垂線數(shù)目的增多而提高；測速垂線精減后，不同測速垂線數(shù)的流量計算結(jié)果系統(tǒng)偏?。划敶咕€數(shù)增加到30條時，再增加測速垂線，誤差減小很小。要使測驗誤差控制在《規(guī)范》規(guī)定的允許范圍，潼關站采用等部分流量法測算流量時，最少需布設13條以上的測速垂線。試驗結(jié)果表明，增加測速垂線能有效地提高流量測驗精度，推薦潼關站高、中、低水測速垂線數(shù)目分別不少于17，15，13條，并且垂線易均勻分布，主槽較灘地稍密。

2.4 測船阻水和懸桿入水對流速的影響

關于測船阻水和懸桿入水對流速的影響，潼關站在1982，1983年汛期進行過試驗，從試驗結(jié)果看，用懸索懸吊流速儀測速時，《手冊》規(guī)定的距離船邊的水平距離不能少于1.0 m是適度的，只要在測船很小，可能影響船只的平衡和安全時，才允許減少至0.5 m；懸桿測流的流速精度試驗表明，由于懸桿入水部分對天然流場的干擾導致流速系統(tǒng)偏小，且懸桿測流的相對標準差隨流速增大而增大，但均不超過1%。為減小測驗誤差，儀器與懸桿的連接部位應精密制作。

2.5 流速儀測點定位帶來的誤差

流速儀測點定位帶來的誤差，尤其在水面起伏較大時施測水面及0.2相對水深處及水深較小時施測河底一點流速時，受水流或流速儀安裝條件的限制，流速儀不能正確置于預計點位，給流速帶來誤差。為了消除誤差，可選擇0.6一點法測速。

洪水期水草多，水草纏繞流速儀旋漿也是導致流速測驗誤差的原因之一，此時應密切注視流速儀信號的連續(xù)性及均勻性；洪水期流速大，鉛魚懸索偏角和流向偏角將導致流速測驗誤差，此時應及時進行懸索偏角改正和施測流向偏角。

3 結(jié)語

1）潼關站流量測驗誤差隨著測深、測速垂線數(shù)目的增多而減小。采用等部分流量法測算流量時，最少需布設13條以上的測速垂線。試驗結(jié)果表明，增加測深、測速垂線數(shù)目，能有效地提高流量測驗精度。推薦潼關站高、中、低水測速垂線數(shù)目分別不少于17，15，13條，采用測深與測速垂線相間的方法布設測深垂線時，測深垂線數(shù)目按測速數(shù)目的2倍布設。

2）潼關站常測法流速測點測驗方案采用0.2，0.6，0.8三點法測驗精度最高，其次為0.2，0.8兩點法。推薦潼關站在低水期或水量調(diào)度的關鍵期采用三點法方案測速；一點法測速方案中，0.6一點法測速精度最高，推薦潼關站簡測法采用0.6一點法方案測速，此時測速垂線數(shù)目比常測法增加2～3條。

3）潼關站采用測深桿測深的相對標準差1.4%，相對平均誤差0.24%；采用標志索測寬的隨機不確定度為2.0%，系統(tǒng)不確定度為0.12%。

4）潼關站測船阻水和懸桿入水對流速的影響，從試驗結(jié)果看，用懸索懸吊流速儀測速時，《手冊》規(guī)定的距離船邊的水平距離不能少于1.0 m是適度的；懸桿入水部分對天然流場的干擾導致流速系統(tǒng)偏小，相對標準差隨流速增大而增大，但均不超過1%。

［1］張海敏，等.黃河中下游流量測驗總誤差的實驗研究［M］.水文測驗誤差研究文集，1987.