CN113569202B - 统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了本发明提供了统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，包括全量程水位流量关系曲线及全量程水位流量关系曲线上包络线和全量程水位流量关系曲线下包络线的拟定、统一基准确定、实测流量同基准相对误差订正计算、流量标准差及总不确定度计算；应用本发明可避免因定位、水深、流速等测量仪器或方法的初始常误差对高、中、低水流量相对误差计算差异的影响；可为统一高、中、低水流量测验允许误差标准创造条件；可解决生态流量、水资源监测等中小流量测验误差评价的难题。

Description

统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法
技术领域
本发明涉及水文测量应用技术领域，尤其涉及统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法。
背景技术
我国河流流量测验精度采用总不确定度表达，各类水文站每年按高、中、低水计算一次总不确定度用于精度评定，并与不同水位级的允许误差比较判断是否满足要求。现有的单次流量的相对误差按
Figure 670510DEST_PATH_IMAGE001
计算，其假定各级实测流量误差为相同的正态分布，并据此计算测点标准差和总随机不确定度。由于未考虑起点距、水深、流速等测量仪器初始常误差影响，导致该类初始误差对低水相对误差计算影响较大、对高水影响较小的问题长期存在，不能制定高、中、低水统一的流量测验允许误差，即使《河流流量测验规范》等国家标准，也不得不按水位级以及资料的用途或服务对象分别确定不同水位级的流量允许误差。
如何在计算实测流量相对误差时，消除或弱化各类初始常误差的影响，使所有高、中、低水的流量误差计算保持统一的基准，最终形成统一的流量允许误差标准，是当前水文测验领域急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，可解决生态流量、水资源监测的中小流量测验误差评价的难题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，包括以下步骤：
S1、全量程水位流量关系曲线及全量程水位流量关系曲线上包络线和全量程水位流量关系曲线下包络线的拟定：根据需要整编时间段内的所有实测水位、流量点据，拟定该整编时间段的水位流量关系及拟定该整编时间段的水位流量关系的上包络线和拟定该整编时间段的水位流量关系的下包络线；
S2、统一基准确定：根据所述实测水位、所述流量点据分布，选择包括最大、最小流量中值或平均值
Figure 905183DEST_PATH_IMAGE002
及所对应的水位流量关系曲线水位
Figure 388117DEST_PATH_IMAGE003
，最高、最低水位中值或平均值
Figure 660354DEST_PATH_IMAGE002
及所对应的水位流量关系曲线流量
Figure 836120DEST_PATH_IMAGE003
作为基准点，并查读
Figure 558088DEST_PATH_IMAGE003
对应的上包络线值
Figure 579134DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 968527DEST_PATH_IMAGE005
对应的下包络线值
Figure 49616DEST_PATH_IMAGE006
；
S3、实测流量同基准相对误差订正计算：第
Figure 524459DEST_PATH_IMAGE007
个实测流量点
Figure 349196DEST_PATH_IMAGE008
的相对误差计算按推求的统一基准订正公式：
Figure 124254DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 633034DEST_PATH_IMAGE010
为第
Figure 329594DEST_PATH_IMAGE011
个实测流量点；
Figure 958022DEST_PATH_IMAGE012
为第
Figure 322007DEST_PATH_IMAGE013
个实测流量点相应水位
Figure 479319DEST_PATH_IMAGE014
在水位流量关系上的插值；
Figure 928755DEST_PATH_IMAGE015
第
Figure 95294DEST_PATH_IMAGE013
个实测流量点相应水位
Figure 782627DEST_PATH_IMAGE016
在水位流量下包络线的插值；
Figure 644928DEST_PATH_IMAGE017
第
Figure 316081DEST_PATH_IMAGE013
个实测流量点相应水位
Figure 286311DEST_PATH_IMAGE016
在水位流量上包络线的插值；
S4、流量标准差及总不确定度计算：根据所有所述实测流量点计算的统一基准订正的相对误差，计算全量程的流量测点标准差
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，并由
Figure 421626DEST_PATH_IMAGE019
计算各种置信水平的总随机不确定度，用于对流量测验精度的总体评价；
Figure 186320DEST_PATH_IMAGE020
为采用的实测流量点的个数。
进一步，所述整编时间段包括年、月或给定的固定时间段。
进一步，所述水位流量关系包括稳定的水位流量关系、临时曲线或单值化处理的单一线。
进一步，所述水位流量关系拟定采用包括目估适线法、基于最小二乘或最小绝对值原理的最优化方法。
进一步，所述拟定该整编时间段的水位流量关系的上包路线和所述拟定该整编时间段的水位流量关系的下包路线指位于所有水位、流量实测点据之上和所述位、流量实测点据之下的直线或曲线，采用包括目估适线法、流量独立分量置信水平90%随机不确定度确定。
进一步，所述统一基准订正系指将所有用于计算相对误差的实测流量点据，统一换算成某一标准流量位置的相对误差值。
进一步，所述全量程系指包括所有流量测点且涵盖最高最低水位。
本发明的有益效果为：可避免因定位、水深、流速等测量仪器或方法的初始常误差对高、中、低水流量相对误差计算差异的影响；可为统一高、中、低水流量测验允许误差标准创造条件；可解决生态流量、水资源监测等中小流量测验误差评价的难题。
附图说明
图1 为本发明统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅1，统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、全量程水位流量关系曲线及全量程水位流量关系曲线上包络线和全量程水位流量关系曲线下包络线的拟定：根据需要整编时间段内的所有实测水位、流量点据，拟定该整编时间段的水位流量关系及拟定该整编时间段的水位流量关系的上包络线和拟定该整编时间段的水位流量关系的下包络线；
S2、统一基准确定：根据所述实测水位、所述流量点据分布，选择包括最大、最小流量中值或平均值
Figure 344769DEST_PATH_IMAGE002
及所对应的水位流量关系曲线水位
Figure 853111DEST_PATH_IMAGE003
，最高、最低水位中值或平均值
Figure 515036DEST_PATH_IMAGE002
及所对应的水位流量关系曲线流量
Figure 719140DEST_PATH_IMAGE003
作为基准点，并查读
Figure 99306DEST_PATH_IMAGE003
对应的上包络线值
Figure 145759DEST_PATH_IMAGE021
、
Figure 193350DEST_PATH_IMAGE022
对应的下包络线值
Figure 299846DEST_PATH_IMAGE006
；
S3、实测流量同基准相对误差订正计算：第
Figure 432887DEST_PATH_IMAGE007
个实测流量点
Figure 283031DEST_PATH_IMAGE023
的相对误差计算按推求的统一基准订正公式：
Figure 919549DEST_PATH_IMAGE024
其中，
Figure 728105DEST_PATH_IMAGE025
为第
Figure 817284DEST_PATH_IMAGE011
个实测流量点；
Figure 739628DEST_PATH_IMAGE012
为第
Figure 230652DEST_PATH_IMAGE013
个实测流量点相应水位
Figure 678951DEST_PATH_IMAGE014
在水位流量关系上的插值；
Figure 786584DEST_PATH_IMAGE026
第
Figure 978531DEST_PATH_IMAGE013
个实测流量点相应水位
Figure 324062DEST_PATH_IMAGE016
在水位流量下包络线的插值；
Figure 474420DEST_PATH_IMAGE027
第
Figure 538191DEST_PATH_IMAGE013
个实测流量点相应水位
Figure 799408DEST_PATH_IMAGE016
在水位流量上包络线的插值；
S4、流量标准差及总不确定度计算：根据所有所述实测流量点计算的统一基准订正的相对误差，计算全量程的流量测点标准差
Figure 826594DEST_PATH_IMAGE018
，并由
Figure 882275DEST_PATH_IMAGE019
计算各种置信水平的总随机不确定度，用于对流量测验精度的总体评价；
Figure 433342DEST_PATH_IMAGE028
为采用的实测流量点的个数。
所述整编时间段包括年、月或给定的固定时间段。
所述水位流量关系包括稳定的水位流量关系、临时曲线或单值化处理的单一线。
所述水位流量关系拟定采用包括目估适线法、基于最小二乘或最小绝对值原理的最优化方法。
所述拟定该整编时间段的水位流量关系的上包路线和所述拟定该整编时间段的水位流量关系的下包路线指位于所有水位或流量实测点据之上和所述水位或流量实测点据之下的直线或曲线，采用包括目估适线法或流量独立分量置信水平90%随机不确定度确定。
所述统一基准订正系指将所有用于计算相对误差的实测流量点据，统一换算成某一标准流量位置的相对误差值。
所述全量程系指包括所有流量测点且涵盖最高最低水位。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、全量程水位流量关系曲线及全量程水位流量关系曲线上包络线和全量程水位流量关系曲线下包络线的拟定：根据需要整编时间段内的所有实测水位、流量点据，拟定该整编时间段的水位流量关系及拟定该整编时间段的水位流量关系的上包络线和拟定该整编时间段的水位流量关系的下包络线；
S2、统一基准确定：根据所述实测水位、所述流量点据分布，选择包括最大、最小流量中值或平均值
Figure 603098DEST_PATH_IMAGE001
及所对应的水位流量关系曲线水位
Figure 739682DEST_PATH_IMAGE002
，最高、最低水位中值或平均值
Figure 346244DEST_PATH_IMAGE001
及所对应的水位流量关系曲线流量
Figure 277290DEST_PATH_IMAGE002
作为基准点，并查读
Figure 969303DEST_PATH_IMAGE002
对应的上包络线值
Figure 643998DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 105066DEST_PATH_IMAGE004
对应的下包络线值
Figure 487242DEST_PATH_IMAGE005
；
S3、实测流量同基准相对误差订正计算：第
Figure 666551DEST_PATH_IMAGE006
个实测流量点
Figure 144937DEST_PATH_IMAGE007
的相对误差计算按推求的统一基准订正公式：
Figure 460511DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 467782DEST_PATH_IMAGE009
为第
Figure 868807DEST_PATH_IMAGE010
个实测流量点；
Figure 150884DEST_PATH_IMAGE011
为第
Figure 586544DEST_PATH_IMAGE012
个实测流量点相应水位
Figure 27366DEST_PATH_IMAGE013
在水位流量关系上的插值；
Figure 181266DEST_PATH_IMAGE014
第
Figure 1455DEST_PATH_IMAGE012
个实测流量点相应水位
Figure 291622DEST_PATH_IMAGE015
在水位流量下包络线的插值；
Figure 171853DEST_PATH_IMAGE016
第
Figure 547471DEST_PATH_IMAGE012
个实测流量点相应水位
Figure 905771DEST_PATH_IMAGE015
在水位流量上包络线的插值；
S4、流量标准差及总不确定度计算：根据所有所述实测流量点计算的统一基准订正的相对误差，计算全量程的流量测点标准差
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，并由
Figure 991057DEST_PATH_IMAGE018
计算各种置信水平的总随机不确定度，用于对流量测验精度的总体评价；其中，
Figure 42190DEST_PATH_IMAGE019
为采用的实测流量点的个数。
2.根据权利要求1所述的统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于：所述整编时间段包括年、月或给定的固定时间段。
3.根据权利要求1所述的统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于：所述水位流量关系包括稳定的水位流量关系、临时曲线或单值化处理的单一线。
4.根据权利要求1所述的统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于：所述水位流量关系拟定采用包括目估适线法、基于最小二乘或最小绝对值原理的最优化方法。
5.根据权利要求1所述的统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于：所述拟定该整编时间段的水位流量关系的上包络线和所述拟定该整编时间段的水位流量关系的下包络线指位于所有水位或流量实测点据之上和所述水位或流量实测点据之下的直线或曲线，采用包括目估适线法或流量独立分量置信水平90%随机不确定度确定。
6.根据权利要求1所述的统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于：所述统一基准订正系指将所有用于计算相对误差的实测流量点据，统一换算成某一标准流量位置的相对误差值。
7.根据权利要求1所述的统一基准订正的河流流量全量程测量不确定度计算方法，其特征在于：所述全量程系指包括所有流量测点且涵盖最高最低水位。
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