流速仪测流法的误差控制与消除
摘要：本文介绍了石津灌区流速仪测流中的误差控制与消除方法。以实例介绍石津灌区在运用流速仪测流工作实践中控制和消除已定系统误差的方法。
关键词：流速仪；未定系统误差；随机误差；已定系统误差；误差消除
Abstract: this paper introduces the ShiJin irrigation flow velocity of the error control and is how to eliminating methods. By introducing ShiJin irrigation in the use of velocity apparatus practice how to control and eliminate up system error method.
Keywords: velocity apparatus; Contingent system error; Random error; Up the system error; Error eliminate
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
引言
流速仪测流法是流量测验的一种基本方法。《灌溉渠道系统量水规范》（GB/T21303-2007）规定,流速仪的测流成果可用于分析率定水工建筑物流量系数、确定断面水位流量关系曲线、渠道水利用系数等资料。因此，在灌区量水工作中,
流速仪测流的误差控制十分重要。
一、误差分类与来源
流量测验误差可分为随机误差、未定系统误差、已定系统误差和伪误差。随机误差呈正态分布，采用置信水平95％的随机不确定度描述。未定系统误差，应采用置信水平不低于95％的系统不确定度描述。已定系统误差应进行修正。含有伪误差的测量成果必须剔除。流速仪法的测验误差来源于测验过程的各个环节。其误差包括：
(1) 、测深误差和测宽误差。是由观测的随机误差和仪器本身所造成的未定系统误差组成；
(2) 、流速仪检定误差。由检定的随机误差和仪器本身在测量中所造成的未定系统误差组成；
(3) 、由测点有限测速历时导致的误差。是由于流速脉动影响的误差（简称Ⅰ型误差），为随机误差；
(4) 、由测速垂线测点数不足导致的垂线平均流速计算误差（简称Ⅱ型误差）。由随机误差和已定系统误差组成；
(5)、由测速垂线数目不足导致的误差（简称Ⅲ型误差）。由随机误差和已定系统误差组成。
要提高流速仪法的测流成果精度，必须重视测流过程的每一环节，在仪器选型、断面选择、测线测点布设、计算规则等方面应考虑消除已定系统误差，在测深测宽、仪器定
位、记时计数等环节上，按规范操作，避免伪误差，控制随机误差。
现以实例介绍石津灌区在运用流速仪测流工作实践中
控制和消除已定系统误差的方法。
二、测速垂线上测速点位置引起的误差
渠道过水断面上水的流速分布规律对于积点法测速的
精度有很大影响。一般地，按照水文规范的规定布设测线和测速点能够得到满意的测验成果。
然而，实测表明，规范对于某些测流断面的垂线流速分布规律并不适用，在规范规定的测速点位置施测计算出的垂线平均流速与精测的垂线平均流速误差较大，从而导致实测流量的Ⅱ型误差。石津灌区在某干渠断面测流试验中证实了这一点。
(1).施测方法：精测垂线流速，即在测线上以多点法测速，然后按面积包围法计算垂线平均流速。试验中，测点间距为0.1m，采用LS-68型流速仪，测杆悬吊，在断面上布置8条基本测线，实测水深为1.14 m～1.75m，属于渠道该断面的正常运行范围。
(2).资料分析：为便于统一分析，将实测流速换算成相对流速:
ρ=Vη/Vm
式中: ρ---测点相对流速;
Vη---测点实测流速;
Vm---精测法计算的垂线平均流速;
规范中垂线流速分布采用卡门对数模型:
Vη=Vm(1.116+0.267lgη)
式中: η---自渠底起算的相对水深,即测点位置距渠底的高度(y)与垂线处水深(D)之比,即:η=y/D。
精测资料分析出的垂线流速分布情况与卡门对数模型的比较如表1。
表1.精测成果与卡门对数模型比较
注:模型流速为假设精测法计算的平均流速Vm=1m/s时的Vη计算值。
分析得出，该测流断面上，在规范规定的测点位置上实测的垂线平均流速存在系统误差，其中一点法（0.6D）误差为4.3％，二点法(0.2D，0.8D)误差为1.0％,三点法(0.2 D，0.6D，0.8D)误差为2.1％。这种误差属于Ⅱ型误差中的已定系统误差，应当消除。消除方法是根据流速精测资料，进行测点精简分析，精简测点。精简的原则是：
1).尽量控制简化后的垂线平均流速与精测垂线平均流速的误差；
2).测速点位置尽量选在流速稳定区，以减少流速脉动的
影响；
3).简化后的测点位置应便于计算。
表2为根据上述原则经方案比较后确定的该断面的测速点位置,以及相应的精简误差。
表2 精简后测点位置及精简误差
测速方法测速点位置(水面以下) 精简误差
一点法0.7D -0.1%
二点法0.2D、0.82D -0.2%
三点法0.2D、0.6D、0.85D -0.1%
三、岸边流速系数选值引起的误差
岸边流速系数是流速仪施测中由岸边测线的垂线平均流速推算岸边部分平均流速的一个折算系数。流量测验规范规定,水深均匀地变浅至零的斜坡岸边,岸边流速系数α采用0.67～0. 75。灌溉渠道中的梯形断面渠道符合规范要求的条件,但选用上述给定的α值。往往与实际不符。实测表明,一般可引起实测流量2％～4％的系统误差。
岸边流速系数的大小与渠道的断面形状、渠岸糙率、水流状态及水边宽度等有关。岸边流速系数选值不当引起的误差, 实际上是由测速垂线数目不足导致的误差(Ⅲ型误差)中的已定系统误差部分,应当消除,消除的方法就是采用实测的岸边流速系数最佳值。
岸边流速系数的实测, 即在测流断面上的近岸基本测线与水边之间,采用加密测线的方法,精测边角部分的流量和边角面积,求出边角部分平均流速,据此推算出实测的岸边流速系数。具体方法如下:
1. 如图1所示。在测流断面基本测线D1与水边之间布设若干加密测线h1、h2、h3、……、hn。加密测线的间距一般为水边宽的1/10～1/5。
2. 在近岸基本测线及各加密测线上,按精测法的要求测速。最边一条测线hn,可用一点法。
3.计算相邻测线间的部分流量qi。水边余角的部分流量计算, 仍需选用规范的岸边流速系数,由于余角很小,此时岸边流速系数的影响甚微,可忽略不计。
4. 计算边角部分总流量Q边和总面积ω边及边角部分平均流速V边:
Q边=∑qi(i=1,2,……,n)
ω边=∑ωi (i=1,2,……,n)
V边=Q边/ω边
图1测流断面部分面积示意图
5. 求出岸边流速系数实测值:
α=V边/V1
式中:V1---近岸基本测线D1的垂线平均流速。
表3为石津灌区部分测点的岸边流速系数多次实测资料分析成果。
表3 岸边流速系数实测成果
依上述方法, 实测不同水位的岸边流速系数。当积累了足够的资料时,采用格拉布斯法则对实测数据进行判别,剔除异常数据后,在测流中采用,即消除了由于岸边流速系数取值不当所引起的系统误差。
结束语
综上所述,做好流速仪测流的误差控制在灌区量水工作中是非常重要的.我们在工作中要尽量减少资料的测验误差,要提高流速仪法的测流成果精度，必须重视测流过程的每一环节，按规范操作，避免伪误差，控制随机误差。这需我我们努力地提高资料观测的精度,并不断的完善我们的工作,把工作做得更仔细。
作者简介：边红彬（1975-），男，河北省肃宁县，工程师，大学本科，主要从事水利工程管理与用水管理工作。
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