第三章-河川水文測驗(yàn)

第三章河川水文測驗(yàn)本章重點(diǎn)：1.水位測站的分類，基本水文測站布設(shè)的內(nèi)容；2.水位觀測儀器、方法及水位資料的整編；3.斷面測量、流速儀測速及流量計(jì)算；4.各種條件下水位——流量關(guān)系，水位流量關(guān)系曲線的高、低水位延長

。水文資料的來源一、水文站觀測資料二、洪水調(diào)查資料三、文獻(xiàn)考證資料一、水文站觀測資料一定時期內(nèi)連續(xù)實(shí)測的資料，能較為真實(shí)地反映客觀實(shí)際，是水文分析計(jì)算的主要依據(jù)。

對于缺乏水文站觀測資料的河流，洪水調(diào)查是搜集水文資料的基本方法；對于有長期觀測資料的河流，洪水調(diào)查資料也是重要的補(bǔ)充，可以提高水文分析和計(jì)算的精度。二、洪水調(diào)查資料三、文獻(xiàn)考證資料我國很多歷史文獻(xiàn)，比如地方志、縣志等，都有洪水和干旱的災(zāi)情記載，為洪水調(diào)查提供線索。第一節(jié)水文測站在流域內(nèi)一定地點(diǎn)(或斷面)按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對所需要的水文要素作系統(tǒng)觀測以獲取信息并進(jìn)行處理為即時觀測信息，這些指定的地點(diǎn)稱為水文測站。

水文測站所觀測的項(xiàng)目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水位等。

一、水文站的分類1）基本站2）實(shí)驗(yàn)站3）專用站按其主要觀測項(xiàng)目分按測站的性質(zhì)分

二、測站的布設(shè)1.測驗(yàn)河段的選擇1）布設(shè)基線和基本測流斷面2）布設(shè)浮標(biāo)測流斷面和比降斷面3）設(shè)立水準(zhǔn)基點(diǎn)及水尺4）儀器及工具設(shè)置5）其他3.航道勘測中臨時水文站的布設(shè)2.基本水文站的布設(shè)第二節(jié)水位觀測一、水位觀測設(shè)備及其布置1、水位觀測(1)水位：是指河流、湖泊、水庫及海洋等水體的自由水面的高程，以m計(jì)。

(2)使用基面絕對基面：將某一海濱地點(diǎn)平均海水面的高程定為0.000m，作為水準(zhǔn)基面?，F(xiàn)在統(tǒng)一規(guī)定的基面為青島黃?；?。注意:使用水位資料時一定要查清其基面。②為推求其他水文數(shù)據(jù)而提供間接運(yùn)用資料，如水資源計(jì)算，水文預(yù)報(bào)中的上、下游水位相關(guān)法等。(3)水位觀測的作用：

①直接為水利、水運(yùn)、防洪、防澇提供具有單獨(dú)使用價值的資料，如堤防、壩高、橋梁及涵洞、公路路面標(biāo)高的確定；（4）觀測水位的設(shè)備①.水尺水位

=水尺零點(diǎn)高程+水尺讀數(shù)水尺零點(diǎn)高程可以預(yù)先測量出來②自記水位計(jì)自記水位計(jì)能將水位變化的連續(xù)過程自動記錄下來，不遺漏任何突然的變化和轉(zhuǎn)折.人工觀測水尺測量接觸式水位測量自動記錄浮子式水位計(jì)壓力式水位

固態(tài)存貯超聲波水位計(jì)（5）水位的觀測水位的觀測包括基本水尺和比降水尺的水位。a）直立式水尺b）傾斜式水尺直立式水尺雷達(dá)水位計(jì)超聲波水位計(jì)遙測水位系統(tǒng)多功能水位采集平臺遙測水位計(jì)水情數(shù)據(jù)采集柜遙測水位接收終端

在上下50公里的測驗(yàn)河段內(nèi)共布設(shè)12處遙測水位計(jì)，實(shí)時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿恼局行臋C(jī)房遙測水位接受機(jī)。2、水位觀測的內(nèi)容和要求（1）

水位站的水位觀測內(nèi)容和要求1）

觀測時段要求2）比降水尺的水位觀測要求3）精度要求4）在施測流速、流向和泥沙時，亦需同時觀測基本水尺水位（2）

港口、航道測設(shè)中的臨時水位觀測1）

險灘整治和新建港區(qū)的臨時水位觀測2）沿河同步水位觀測3、水位觀測資料的整理(1)日平均水位計(jì)算1）算術(shù)平均法2）面積包圍法月

日1月2月3月…10月11月12月1

2

…

30

31

平均

最高

日期

最低

日期

年統(tǒng)計(jì)

各種保證率的水位

附注

（2）

編制“逐日平均水位表”長江××站逐日平均水位表凍結(jié)基面高程0.168m（吳淞基面）1974年水位以m計(jì)項(xiàng)目水位分級月份各月各級水位發(fā)生的日數(shù)分級水位日數(shù)累積水位日數(shù)保證率（%）1月2月……11月12月219.00~220.4211113.01217.00~218.99122315.07……………206.30~206.391365100日最低206.37各月總?cè)諗?shù)（3）

日平均水位過程線及日平均歷時曲線繪制長江××站1974年日平均水位歷時曲線統(tǒng)計(jì)表長江××站1974年日平均水位過程線、歷時曲線保持自己的一顆童心學(xué)會和各種人愉快的相處第三節(jié)流量測驗(yàn)

問題：

1、流量是什么？

2、如何能觀測到某一河流斷面某時刻的流量？

3、如何能得到某一河流斷面流量的時間變化過程？

4、如何能得到某一河流沿程各任意斷面的瞬時流量及時間變化過程？

學(xué)習(xí)要求

理解斷面流量特點(diǎn)。掌握斷面測量（包括水深和起點(diǎn)距的測量）、流速測量、流量計(jì)算的步驟和方法。

重點(diǎn)：流速儀測流方法。測流原理流速儀法是用流速儀測定水流速度，并由流速與斷面面積的乘積來推求流量的方法。它是目前國內(nèi)外廣泛使用的測流方法，也是最基本的測流方法。因此流速儀測流工作包括斷面測量和流速測量兩部分工作。一、大斷面測量——測量不同高程下的河道斷面面積，水準(zhǔn)測量。穩(wěn)定河床每年汛前復(fù)測；不穩(wěn)定河床汛前、后或大洪水后復(fù)測。（一）、水深測量1、測深垂線布線：控制河床轉(zhuǎn)折變化。2、測深方法：測桿、測錘、測深鉛魚、懸索、超聲波等。（二）、起點(diǎn)距測定1、斷面索觀讀2、平面交會：經(jīng)緯儀、平板儀、六分儀3、GPS（全球定位系統(tǒng)）斷面測量①水深測量通常用測深桿、測深錘、鉛魚直接測出每根測深垂線的水深。當(dāng)水很深、流速很大時，可用回聲測深儀測量水深。同時觀測水位，水位減去水深即為河底高程。②起點(diǎn)距的測定起點(diǎn)距：垂線至基線上的起點(diǎn)樁之間的水平距離。3.橫斷面圖的繪制二、斷面流速特點(diǎn)1、流速脈動（紊動）3、縱向分布2、橫向分布河岸vmax河底水面結(jié)論：要獲得某時刻斷面平均流速，必須：1、沿?cái)嗝娌荚O(shè)若干條測速垂線，控制流速橫向變化，線越多精度越高；2、每條垂線布設(shè)若干測點(diǎn)，控制流速縱向變化，點(diǎn)越多精度越高；3、每點(diǎn)測速應(yīng)有一定歷時以減少流速脈動影響。4、測流歷時不能太長，否則無法反映斷面瞬時流速（尤其洪水期）。三、流速儀測流（一）流速儀1、轉(zhuǎn)子式：旋漿式（高速）、旋杯式（低速）流速計(jì)算公式如：V=Kn+c其中：系數(shù)K、c出廠時實(shí)驗(yàn)確定；

n——儀器轉(zhuǎn)速。2、非轉(zhuǎn)子式：多普勒剖面流速儀（ADCP)3、超聲波流速儀流速儀是一種專門測定水流速度的儀器。目前我國使用最多的是重慶水文儀器廠生產(chǎn)的LS68-2型旋杯式流速儀和LS25-1型旋槳流速儀。（二）流速儀法測流（1）點(diǎn)流速測量

測流斷面某測速垂線某相對水深點(diǎn)測60～100秒。垂線數(shù)，測點(diǎn)數(shù)及測點(diǎn)相對水深參照規(guī)范選擇。（2）流速測量流速儀只能測得某點(diǎn)的流速，首先在斷面上布設(shè)一些測速垂線（一般在測深垂線中選擇若干條同時兼作測速垂線），在每一條測速垂線上布設(shè)一定數(shù)目的測速點(diǎn)進(jìn)行測速，最后根據(jù)測點(diǎn)流速求得測線流速，再由測線流速求得部分面積流速，進(jìn)而推得斷面流量。水面寬（m）<5.05.0501003001000>1000精測法561012-1515-2015-25>25常測法3-556-87-98-138-13>13我國精測法、常測法最少測速垂線數(shù)目的規(guī)定

測點(diǎn)數(shù)暢流期冰期十一點(diǎn)0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0h六（七）點(diǎn)0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、（0.9）、1.0h0.0h或冰底或冰花底0.2、0.4、0.6、0.8、1.0h五點(diǎn)0.0、0.2、0.6、0.8、1.0h三點(diǎn)0.2、0.6、0.8h0.15、0.5、0.85h二點(diǎn)0.2、0.8h0.2、0.8h一點(diǎn)0.5h或者0.6h0.5h流速測點(diǎn)的位置

(3)流量計(jì)算1.垂線平均流速的計(jì)算

一點(diǎn)法：

二點(diǎn)法：三點(diǎn)法:1、線流速的計(jì)算（點(diǎn)流速→線流速）五點(diǎn)法：2.部分面積平均流速的計(jì)算線流速→部分流速----中間部分面積平均流速的計(jì)算

----岸邊部分面積平均流速的計(jì)算

相鄰取平均值乘以折算系數(shù)----部分面積的計(jì)算

起點(diǎn)距、水深→測深垂線間面積→部分面積部分面積是以測速垂線為分界

岸邊部分按三角形計(jì)算，中間部分按梯形計(jì)算。----部分流量的計(jì)算

部分流速、部分面積→部分流量----斷面流量及其他水力要素的計(jì)算

斷面面積A:

斷面流量Q:部分流量→斷面流量斷面平均流速V:斷面平均水深h:流速儀法測算流量的步驟（1）布設(shè)一定數(shù)目的測深垂線（部分測深垂線兼做測速垂線），測量垂線的起點(diǎn)距和水深，根據(jù)起點(diǎn)距和水深計(jì)算“測深垂線間面積”、“部分面積（測速垂線間面積）”（岸邊部分按三角形計(jì)算、中間部分按梯形計(jì)算）；

（2）在測速垂線上布設(shè)測點(diǎn)，測量點(diǎn)流速，然后由點(diǎn)流速計(jì)算線流速（），再由線流速計(jì)算部分流速（按測速垂線劃分）（岸邊部分乘以折算系數(shù)、中間部分相鄰取平均值）；

（3）根據(jù)“部分面積”和“部分流速”計(jì)算“部分流量（部分面積乘以部分流速得部分流量），然后計(jì)算斷面流量（部分流量之和得斷面流量）及其它水力要素。

聲學(xué)多普勒剖面流速儀ADCP無線電遙控作業(yè)距離

=3mDepth0.20.20.1走航測量：QENSEMBLE=1.5m3/sSQ=1.5m3/s距離=9mDepth走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.3QENSEMBLE=4.2m3/sSQ=5.7m3/s距離=27mDepth走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.2QENSEMBLE=21.6m3/sSQ=56.7m3/s距離=39mDepth走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.2QENSEMBLE=28.2m3/sSQ=113.1m3/s距離=57m走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.30.40.40.50.40.50.40.30.30.20.30.50.60.70.60.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.80.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.01.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.20.90.80.80.60.50.40.20.80.80.70.50.40.70.70.60.40.30.60.40.30.20.40.30.20.20.1QENSEMBLE=3.6m3/sSQ=153m3/s相應(yīng)水位計(jì)算相應(yīng)水位——與測得的流量相對應(yīng)的水位方法：1、算術(shù)平均法：取測流始、終水位算術(shù)平均值。2、b’vm加權(quán)平均法式中bi——第i條測速垂線代表的部分河寬

vmi——第i條測速垂線流速

Zi——第i條測速垂線測流相應(yīng)水位三、浮標(biāo)測流1、投放浮標(biāo)沿浮標(biāo)上斷面按流速儀法測流垂線相當(dāng)位置投放若干浮標(biāo)，大洪水時只在中泓投放或用天然漂浮物2、測得測速垂線流速——虛流速Vf

2、斷面虛流量Qf＝Σqfi(計(jì)算同流速儀法，斷面借用）3、斷面流量Q＝KfQf式中Kf——浮標(biāo)系數(shù)，由實(shí)測浮標(biāo)虛流量與同時流速儀精測流量比測資料分析確定。自動浮標(biāo)投放器四、其它流速面積法（一）纜道積寬法————用纜道輸送流速儀沿?cái)嗝鏅M渡連續(xù)測流推求斷面流量。

式中：F——斷面面積

——積寬測流計(jì)算斷面平均流速（計(jì)算消除航速影響后）K積——積寬系數(shù)，由常測法流量與積寬法流量相關(guān)分析獲得。注意：1、儀器入水深度問題。一般在水面以下幾十厘米2、測流岸邊盲區(qū)處理問題。試驗(yàn)確定岸邊系數(shù)。方法特點(diǎn)：測流速度快，精度較高（與常測法相近）（二）比降面積法曼寧公式：要求：1、斷面穩(wěn)定2、上下斷面要有足夠落差以免水位觀測（2×0.5cm）誤差造成流量誤差超過允許誤差范圍；一般要求10cm以上。推導(dǎo)：

當(dāng)若dZ=0.01m,△Z=0.1m時，流量相對誤差dQ/Q=5%第四節(jié)水位—流量關(guān)系曲線一、水位—流量關(guān)系曲線的繪制1.穩(wěn)定良好的水位—流量關(guān)系曲線2.不穩(wěn)定的水位—流量關(guān)系曲線1）洪水漲落的影響2）回水變動的影響3）河床沖淤影響二、水位—流量關(guān)系的延長1）水位—面積—流速關(guān)系延長法1.水位—流量關(guān)系曲線高水位延長方法2）水力學(xué)公式延長法3）史蒂文森法（延長法）2.水位—流量關(guān)系曲線低水位延長方法確定斷流水位的方法：1）縱橫斷面資料確定法2）分析法使流量關(guān)系滿足則斷流水位假定三、流量資料整理1.日平均流量計(jì)算2.編制“逐日平均流量表”3.編制“實(shí)測流量成果表”4.編制“汛期洪水要素摘錄表”水文信息自動傳輸系統(tǒng)

（水情、雨情、水質(zhì)）

水

文信息

自動傳輸系

統(tǒng)

的

基

本

結(jié)構(gòu)

3S技術(shù)及其在水文信息采集中的應(yīng)用

GPS(全球定位系統(tǒng))1什么是“3S”技術(shù)RS(遙感技術(shù))GIS(地理信息系統(tǒng))2“3S”技術(shù)在水文信息采集中的應(yīng)用流域普查；水資源調(diào)查；