浅析水文测验误差分析

浅析水文测验误差分析

刘慕男

黑龙江省佳木斯水文局佳木斯154002

摘要：水文测验中，水文要素的观测值都含有一定的误差。从测量误差的来源、测量的精度、随机误差的评定指标和误差的传播与综合等方面对水文测验误差进行分析。

关键词：水文测验；误差；精度

水文测验中，水文要素的观测值都含有一定的误差。实测资料经整编后所得的各种统计特征值，也因整编方法和计算模式的不同又会引入一定的误差。因此，分析误差的来源、分布、传播与综合，对于进一步改进测验方法、提高水文资料的精度，都具有十分重要的意义。

数理统计是误差分析的理论基础，统计方法的引入使人们对误差的评定指标建立起更加科学、完整和统一的概念。国际标准化组织已为明渠水流测量拟定了一套误差估算方法，我国水文测验规范中也相应有所反映，这对于统一我国水文测验技术标准，无疑将起到积极的作用[1]。

1测量误差的来源

各种水文要素的观测值，都是通过设备在观测流场以适当方法取得的，其观测结果又受到计算方法和人为因素的影响而带来误差。因此，水文测验中误差的来源主要有以下几种[2]。

设备误差：设备误差是指因设备功能不准而引起的误差。例如水尺零点高程不准确使水位观测值出现误差，流速仪使用过程中因机械磨损使流速计算公式发生变化，水文缆道因垂度的改变而使仪器定位不准等，都使测量结果产生误差。

环境误差：水文测验工作大都在野外进行，其观测值常受到日照、风、气温、气压和湿度等因素变化的影响，加之水面波动及漂浮物的存在，更增加了测验工作的困难。例如阳光的照射角会导致观测人员的视差；风向风力会影响浮标系数的稳定等。这种因环境自然因素的变化使观测值失准而产生的误差，称为环境误差。

方法误差：这是指由于测量方法不够确切而引起的误差。例如，某一时刻的水位或流量值应是一种瞬时值，但实际观测中都需要一定的时间，而该时段内的水位和流量又在不断地变化，因而实测值都是该时段内的平均值或综合值。又如现场进行流速仪校测时，由于比测条件比较复杂，其控制精度很难达到检定槽的同样水平，因而也会产生一定的误差。

模型误差：水文测验中所用的各种数学模型都是对原型的概化，从而产生了模型误差。例如在流量计算中，两条测深垂线间的河床并不规则，而计算时将它简化为直线。描述水位流量关系的各种数学模型也是在一定精度控制下建立起来的，与实际变化情况也有一定差别。高水位时流量的确定，往往通过水位流量关系曲线的外延来估算等。

人员误差：这是由于观测者的技术水平、熟练程度及生理、心理状态不同所可能引起的误差。如经验不足导致水位观测失准，心态不良引起反应速度失常而导致读数偏大或偏小等。以上各类误差，常表现为一个综合值，难以分项计算。但明确以上误差来源，工作中尽量控制或减小误差，便能进一步提高水文资料的精度。

2测量的精度

测量精度的高低是用误差来衡量的，误差大则精度低，误差小则精度高。精度可按系统误差和随机误差相应地分为准确度和精密度。准确度是由系统误差引起的测量值与真值的偏离程度，系统误差越小，则测量结果越准确。精密度是由随机误差引起的测量值与真值的偏离程度，随机误差越小，则测量结果越精密。精确度（即精度）是系统误差和随机误差共同引起的测量值与真值的偏离程度，二者的综合误差越小，则测量结果精度越高。一次测量值的精度高低，应用系统误差和随机误差两方面数值来体现，即用两者的综合误差来衡量。

测量精度还涉及两个重要概念，即测量的重复性和复现性。重复性是指同一测量者在相同条件下，采用同一测量方法和同一仪器，在很短时间内对同一量作连续测量时，其观测结果的接近程度。复现性是在不同测量条件下，用较长时间对一量作多次测量时，其测量结果的接近程度。对于某一量的测量，若其重复性和复现性都很好，则其测量精度高，测量结果便准确可靠[3]。

3随机误差的评定指标

当观测次数很大时，样本的标准差接近于总体标准差。总体标准差的大小取决于具体的测量条件，表征着测量结果的离散程度。总体标准差值越小则密度曲线越尖瘦，这意味着小误差出现的概率越大，大误差出现的概率越小。因此，可以用总体标准差来表征测量的精密度，总体标准差值愈小，表明测量的精密度愈高。

但是，由于被测量的真值为未知，测量结果的误差也无法确切知道。为了科学地阐明误差的大小及出现的可能性，因而应用数理统计和概率论的方法来估计误差值的上界。既然是估计，就有一个置信概率的问题。换言之，对测量误差而言，只能用不超过某一上界值的可能性有多大来更全面地加以描述。例如，对流速仪法测量流量的精度可以说：“有75%的把握误差不会超过±5%”。这样，虽然没有肯定地回答流量测验误差的确切大小，但已非常明确地表达了测验精度情况。因此，对于任何被测量精度的描述都应含有两重意思，一是读数的范围或误差的上界，二是不超过这一范围的置信概率。

不确定度就是指测量值可能出现误差的上界值，被测量的真值能以规定概率落入该界值所包围的区间之内，此规定概率称为置信水平[4]。

4误差的测量与综合

随机误差的传播：水文测验中，一次测量成果往往是通过测定某些单项因素后间接计算出来的，例如过水断面面积，要通过测量各测深垂线的水深和起点距才能求得。由于测量各单项因素本身存在随机误差，因此这些误差将不可避免地要反映到最后的计算成果中去，使测量结果也出现误差。说明各直接观测值的随机误差对间接计算值随机误差的影响程度及两者的关系，称为随机误差的传播。

系统误差的分析：在水文测验的实测成果中，常包含有随机误差和系统误差。分析系统误差的方法有：（1）由误差累积频率曲线分析系统误差；（2）从随机误差特性分析系统误差。

误差的综合：由单项误差推求总误差的过程称为误差的综合。有明确函数关系的误差传播本身就是一误差综合问题。测量值同时受到不同种类、不同来源的误差影响时，也有误差的综合[5]。

参考文献：

[1]陈相坤.水文测验误差分析及解决措施探讨[J].能源与节能，2017，（3）：99-100.

[2]汪晶.水文测验的误差分析及其对策[J].地下水，2016，38（6）：220-221.

[3]尹方娟.水文测验的误差分析及其对策[J].北京农业，2015，（3）：168.

[4]徐志春，徐晓鹏.水文缆道流量测验误差分析与控制[J].人民珠江，2014，35（6）：72-74.

[5]李双伟.水文测验误差分析及对策[J]科技创新与应用，2013，（13）：154.