浅谈水文水资源测量不确定度的若干问题

2016-06-29河南省信阳水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2016年4期

□谈　兵（河南省信阳水文水资源勘测局）

浅谈水文水资源测量不确定度的若干问题

□谈兵（河南省信阳水文水资源勘测局）

摘要：水文部门核心工作是测量水文资源。该项工作可以很好地对水资源进行保护，也可以对其进行有效利用。在计量领域，国际技术标准在持续不断的进步，关于水资源的测量，也制定了全新的测定标准，尤其关于测量不确定度的相关评定标准及其表现方法，水文相关测量部门必须切实掌握国际计量标准，并将自身标准与国际进行有效对接。文章首先简单概述了水资源测量不确定度的相关概念，进而具体分析了测量的不确定度出现的若干问题，最后进一步提出了评定以及表示方法。希望可以为同行业工作提供一定帮助。

关键词：水文水资源；测量；不确定度

1　概述水文水资源的测量

水文水资源测量涵盖的方面非常复杂，比如水位、雨量、蒸发情况、水源质量等情况，同时该项测量还属于计量学活动。计量必须确保质量以及单位的统一，水资源计量活动要求高，这样非常有利于水文资源的正确管理及其合理高效利用。在我国一切水源工程的规划以及对于水灾问题实施抗击的计划措施都需要参考水资源测量，一旦测量过程中由于主观或者客观原因出现了偏差，就会对水资源单位造成一定的损失，使相关测量单位进行相关活动时非常被动，无法有效应对过程中出现的问题。因此，我们就必须为测量结果的精准性和实用性寻找到科学的参考指标，即我们所说的不确定度。

2　概述不确定度

2.1不确定度的定义

在计量方面，水资源测量结构的可靠性取决于其测量的不确定度。因此，测量结果的主要依据是不确定度。表征给被测量值的分散性以及测量的具体结果，科学的增加有关系的参数。该赋予的参数比较灵活，测量结果最终的标准差或者是倍数都可以选作参数。可以很好地表述在置信水准区间内的半宽度。在表述测量结果的过程中，也要求对其不确定度进行描述。

2.2不确定度的组成

测量的不确定度的构成相对复杂，含有若干分量。若干分量中，部分分量能够进行统计分布状况估算，这些估算可以进行测量并得出结果，通过实际的标准差进行表现，其最终测量所得的结果一般认为是对被测量值进行估算的最佳情况，其指导意义非常重要。但是，评定过程中，其不确定度的分量的大小都比较分散，这也就造成了不确定度的值总是为正数，不确定度其实就是事件发生与否的可疑程度，对于不确定度进行测量其实就是对于测量所得结果正确与否的怀疑程度。加入要求对于一种测量得出的结果的怀疑程度进行定义，准确来讲，首先在不确定度前面增加一个特定的形容性名词，进而来对审明指标参数的结果的不认同进行表示。比如说扩展不确定度以及合成不确定度，在一般情况下，我们所说的一种不确定度，其测量目标是标准差，该不确定度就应该称之为“标准不确定度”

3　不确定度的误差理论

3.1误差的定义

在测量的相关规定中对于误差有具体的定义，其定义如下：测量过程中得出的具体结果和被测量真值二者存在的差值。倘若要求将其和相对误差进行区分，那么在测量领域，误差就是绝对误差。但是必须注意，绝对误差并非误差的绝对值，它是误差的模。也就是说，误差的结果不是正值就是负值，在具体的计算过程中，因为我们无从掌握误差真值，从客观角度讲，误差的值是没有办法精确计算出的，因此它只是约等值。在对于同一项测量进行计算的时候，不管其条件以及测量程序以及测量结果如何，其最终的误差是不变的。然而，某些情况下，条件具有一定的重复性，如果在这样的条件下进行计算，则会发生结果出现差异，但是不确定度相同的状况。因此，也就说明了误差和不确定度这二个概念是完全不同的，必须进行区分，更要防止出现混淆或者误用的情况。

3.2误差与不确定度的关系

在测量领域，不确定度涉及到的两种评定方式与计算误差涉及到的系统以及随机误差它们之间的关系并不是相对应的。不同的原因是，随机误差以及系统误差这两个概念所要表现的是性质，两种存在绝对差异的性质。而前者相关的两个评定方式仅仅表示的是两种不一样标准的评定手段。比如，测量水资源时使用到很多相关测量设备，其中一项测量仪器在其部门提供说明文书中记述了其数据相关的系统以及随机影响，然而必须注意以上两项影响不可以称之为系统以及随机的不确定度。另外，由于每次的测量情景是不一样的，也就使得会出现随机不确定度被理解为系统的不确定度的情况。雨量杯以及水尺牌这两种水文仪器在出厂的过程中，生产部门给出的数据只包含这两种水文仪器的测量过程中可以出现的误差值，但是并不涉及二者的实际值。出现这样情况的原因是在进行该批次水文仪器生产的过程中，真实的数据是不一样，是存在差异的，有的是正值有的是负值，具有很强的随机性。然而就使用某一仪器的工作人员来说，仪器的实际值却是只用一个而且数据是个定值，不会0出现偏正或者偏负的情况，此种情况也就是随机和系统不确定度二者可以理解为一样的。

4　测量结果

国际计量为了防止发生混淆误差以及不确定度，在对不确定度性质进行区分的时候，采用的是不确定分量。这可以灵活多变对系统效应具体的不确定度进行确定，可以选择任何方式进行评价。评定方法存在两种，第一种是实际统计观测列进而进行分析评定，该方法以试验标准差作为依托的；第二种则是借助估值来进行评定，其表征的依托是估值的标准差。以上两种评定方式没有所谓的本质区别，主要的分布以及评定主要以概率为基础，其表征使用的都是标准差以及方差。将两种存在方式假设为A和B。将U2记作A的表征评定时的不确定度的分量方估值。对于观测列进行反复观测，最终计算得出，S2即为U2的方差估计值，而S则是U2正的平方根值的估计标准差值，这样则可以得出U=S，这就是A种评价方法得出的标准的不确定度。使用评价方法B进行评定的不确定度，U2是其估计方差，U是其估计标准差，也就是说使用B种评定方法时的不确定度。在具体的测量过程中，评定方式A求得不确定的方法为，按照一定的概率密度函数进行求取，而这一函数是观察列频率所呈现的分布区域进而导出的。B方法它的不确定度的标准分量也是一样根据函数得到的，但是这一函数是根据假设或者认定的概率导出的。其所进行计算的函数的基础是事情出现的可信任程度。比如，一般来说，水文仪器含有流速仪、水尺牌、雨量杯等等，工作人员测量水文水资源所得的数据指标在以上类似的水文仪器上反映的时候，仪器生产部门在生产仪器时，出具仪器相关说明书，说明书记述了这些仪器上的校准证书上标明的相关数据以及不确定度，因此，这个时候，无论是方法A还是方法B，这两者的不确定度在仪器的说明书中的解释都是通过已经知道的概率来进行。因为不确定度的表达方式有两种，一个是相对的另一个是绝对的，因此，在具体的水资源测量的过程中，在测量河流流量的时候，通过评定方法A和B来评估测量过程涉及到的随机不确定以及系统性不确定，这两种都比较合适且方便的。比如，在进行雨量流量测量的时候，其雨量在单次状况下进行测量结果的不确定度就不能使用评定方法A，只能使用方法B进行估计。

5　结　语

关于不确定度的评定标准以及表达方式，涉及的内容多种多样，具体的测量条件以及测量的方法存在诸多差异，导致计算方式也是不一样的，具体的评定内容也会产生不同的变化。但是关于测量水资源，无论是测量目的还是评定方式二者的初衷是一样的，为避免发生不必要的测量误差，以确保水文工程的操作，因此将不确定度进一步提高，即是增加测量结果的可疑性，可以使得水资源测量工作更加有效，更加精准。

参考文献

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（责任编辑：韦诗佳）