第三章-水文信息采集與處理

1、第三章 水文信息采集與處理,研究對象： 水文信息（水位、流量、泥沙等要素）的采集與處理技術(shù)。 研究內(nèi)容： 1.水文測站的設(shè)立和水文站網(wǎng)的布設(shè)； 2.降水、水位、流量、泥沙、地下水、水質(zhì)的觀測；3.水文調(diào)查方法； 4.水文數(shù)據(jù)的處理方法和技術(shù)。 研究目的： 要學(xué)會收集水文資料，中心內(nèi)容包括掌握水位、流量等水文要素測驗的一般方法、日平均水位的計算、測流斷面流量計算等，同時對水位流量關(guān)系有一定的了解。,目 錄,3.1 測站與站網(wǎng) 3.2 降水觀測 3.3 水位觀測 3.4 流量測驗 3.5 泥沙測驗及計算 3.6 地下水監(jiān)測(自學(xué)） 3.7 水質(zhì)監(jiān)測（自學(xué)） 3.8 水文調(diào)查與水文遙感 3.9 水文

2、信息處理,3.1 測站與站網(wǎng),內(nèi)容提要 1.水文測站的內(nèi)容和分類； 2.水文站網(wǎng)的定義和布設(shè)原則； 3.水文測站的設(shè)立； 4.收集水文信息的基本途徑。 學(xué)習(xí)要求 掌握水文測站和站網(wǎng)的定義、布設(shè)原則和內(nèi)容以及水文信息收集的基本途徑。,、測站、站網(wǎng) 1、水文測站 （1）定義：在流域內(nèi)一定地點(或斷面)按統(tǒng)一標準對所需要的水文要素作系統(tǒng)觀測，以獲取信息并進行處理為即時觀測信息，這些指定的地點稱為水文測站。 （2）任務(wù)：是按一定標準對指定地點(斷面)的水文要素作系統(tǒng)觀測和資料整編。 （3）觀測項目：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水位等,（4）分類 a、按測驗項目分(見圖3-1)

3、b、按測站性質(zhì)和作用分(見圖3-2),圖 3-1,圖 3-2,2、水文站網(wǎng) （1）定義：單個測站觀測到的水文要素其信息只代表了站址處的水文情況，而流域上的水文情況則須在流域內(nèi)的一些適當(dāng)?shù)攸c布站觀測，這些測站在地理上的分布網(wǎng)稱為水文站網(wǎng)。廣義的站網(wǎng)是指測站及其管理機構(gòu)所組成的信息采集與處理體系。 （2）布站原則：通過所設(shè)站網(wǎng)采集到的水文信息經(jīng)過整理分析后，達到可以內(nèi)插領(lǐng)域內(nèi)任何地點水文要素的特征值的目的。 （3）規(guī)劃的任務(wù)：就是研究測站在地區(qū)上分布的科學(xué)性、合理性、最優(yōu)化等問題。,二、水文測站的布設(shè) 包括選擇測驗河段和布設(shè)觀測斷面 要求：河道順直，水位流量關(guān)系穩(wěn)定（斷面或河道水力要素穩(wěn)定）,浮標

4、上斷面,浮標下斷面,浮標中斷面,比降上斷面,比降下斷面,流速儀測流斷面,基本水尺斷面,基線,Lf,Ls,圖3-3 水文測站基線與斷面布設(shè)示意圖,三、收集水文信息的基本途徑 1、駐測 （1）目的：對于為了探索各種水文特征值在時間上的變化規(guī)律和防汛需要而設(shè)立的基本水文站，特別是對于大河干流控制站，要求水文觀測人員常駐水文觀測站點，對流量等水文要素進行較長時期的連續(xù)觀測，這是我國目前水文測驗工作的主要方式。 （2）概念：在河流或流域內(nèi)的固定點上對水文要素所進行的觀測稱駐測。 （3）缺點：存在著用人多、站點不足、效益低等缺點。,2、巡測 觀測人員以巡回流動的方式定期或不定期地對一地區(qū)或流域內(nèi)各觀測點進

5、行流量等水文要素的觀測。 3、間測 中小河流水文站有10年以上資料分析證明其歷年水位流量關(guān)系穩(wěn)定，或其變化在允許誤差范圍內(nèi)，對其中一要素(如流量)停測一時期再施測的測停相間的測驗方式。停測期間，其值可由另一水文要素（如水位）的實測值來推求。 4、水文調(diào)查 為彌補水文基本站網(wǎng)定位觀測的不足或其他特定目的，采用勘測、調(diào)查、考證等手段進行收集水文信息的工作。,5、自動測報系統(tǒng) 隨著電子計算機技術(shù)、通信技術(shù)及傳感器的發(fā)展，我國已建成不同形式的水文自動測報系統(tǒng)。 組成：該系統(tǒng)通常由傳感器、編碼器、轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)和資料接收設(shè)備等部分組成。 工作流程：遙測站的傳感器將感應(yīng)的水文變量（如水位、雨量等）轉(zhuǎn)換成電信號，

6、經(jīng)過編碼、調(diào)制、發(fā)射，直接或通過中繼站、衛(wèi)星將信息傳送到資料接收中心。經(jīng)解調(diào)、譯碼、鑒別，還原水文變量，并對搜集到的數(shù)據(jù)及時地進行適當(dāng)處理。 優(yōu)點：自動測報系統(tǒng)具有效率高，速度快，節(jié)省人力的特點?？梢詫崟r地獲取水文信息，有效地提高預(yù)報精度和增長預(yù)見期，對防洪、工程管理和水利調(diào)度發(fā)揮巨大作用。,【思考題】 1.水文測站觀測的項目有( ) A. 風(fēng) B.水位 C.流量 D.濕度 E.泥沙 F.降水 G.蒸發(fā) H.輻射 I.水質(zhì) 2.根據(jù)測站的性質(zhì)，水文測站可分為( ) A.水位站 B.雨量站 C.基本站 D.專用站 E.流量站 3.對于測驗河段的選擇，主要考慮的原則是( ) A.在滿足設(shè)站目的要求

7、的前提下，測站的水位與流量之間呈單一關(guān)系 B.在滿足設(shè)站目的要求的前提下，盡量選擇在距離城市近的地方 C.在滿足設(shè)站目的要求的前提下，應(yīng)更能提高測量精度 D.在滿足設(shè)站目的要求的前提下，任何河段都行 4.基線的長度一般（ ） A.愈長愈好 B.愈短愈好 C.長短對測量沒有影響 D.視河寬B而定，一般應(yīng)為0.6B 5.水文站布設(shè)的斷面一般有( ) A.基本水尺斷面 B.流速儀測流斷面 C.浮標測流斷面 D.比降斷面,(B、C、E、F、G、I),(C、D),(A),（D）,(ABCD),3.2 降水觀測,內(nèi)容提要 1.降水及降水量定義和降水類型觀測； 2.降水觀測及儀器； 3.降水觀測數(shù)據(jù)的處理。

8、 學(xué)習(xí)要求 理解降水觀測儀器及降水觀測數(shù)據(jù)的處理。,、概述 為了掌握各地降水的變化，水文氣象部門設(shè)立了大量的雨量站、氣象站、水文站觀測降水，每年匯總、整編、刊印或存入水文數(shù)據(jù)庫，供各部門應(yīng)用。 1、降水定義：大氣中的氣態(tài)水遇冷凝結(jié)，在重力作用下降落于地面的現(xiàn)象，叫降水 。 2、降水量（深）定義：指時段內(nèi)降落到地面上一點或一定面積上的降雨總量稱為降雨量。前者稱為點降雨量，后者稱為面降雨量。點降雨量以mm計，而面降雨量以mm或m3，當(dāng)以mm作為降雨量單位時，又稱為降雨深。 3、降水類型：雨、雪、冰、雹、霜等,二、儀器及觀測 降水量觀測儀器按照傳感原理分類：直接計量（雨量器）、液柱測量（主要為虹吸式

9、，少數(shù)為浮子式）、翻斗測量（單翻斗與多翻斗）等傳統(tǒng)儀器，還有采用新技術(shù)的光學(xué)雨量計和雷達雨量計等。 1、雨量器（Raingauge） 主要由以下四個構(gòu)建組成： 承雨器；漏斗；儲水瓶；雨量杯,觀測時段,降水量分段次觀測時間,2、自記雨量計（虹吸式）,工作原理：承雨器將雨量導(dǎo)入浮子室，浮子室隨注入的雨水增加而上升，帶動自記筆在附有時鐘的轉(zhuǎn)筒上的記錄紙上連續(xù)記錄時間累積增加的雨量。當(dāng)累積雨量達10mm時，自行進行虹吸，將浮子室內(nèi)的雨水排入儲水瓶，同時自記筆立即垂直落到記錄紙上縱坐標的零點，以后又開始記錄。,3、自記雨量計（翻斗式） 工作原理： 承雨器接受的雨水流入對稱的翻斗的一側(cè)，當(dāng)接滿0.1mm雨

10、量時，翻斗傾于一側(cè)把雨水全部潑掉，另一翻斗則處于進水狀態(tài)。每次翻轉(zhuǎn)將發(fā)出一個脈沖信號，由記錄設(shè)備記下這些信號后并換算為雨量。,4、雷達探測 氣象雷達利用云、雨、雪等對無線電波的反射現(xiàn)象，隨時探測降水的位置、移動速度、方向和變化情況，進行降水預(yù)報。 5、氣象衛(wèi)星云圖 利用衛(wèi)星隨時發(fā)回的云圖資料，對降雨等進行預(yù)測,三、降水量數(shù)據(jù)處理 分為以下幾方面： 1、一般規(guī)定 2、雨量器觀測記載資料的整理 3、虹吸式自記雨量計記錄資料的整理 4、翻斗式自記雨量計記錄資料的整理 （詳細可參閱降水量觀測規(guī)范）,3.3 水位觀測,內(nèi)容提要 1.水位的定義和使用的基面；2.觀測水位的設(shè)備和方法；3.日平均水位的計算；

11、 學(xué)習(xí)要求 掌握水位觀測的設(shè)備、方法和計算日平均水位的兩種計算方法。,、水位 1、定義：指河流、湖泊、水庫及海洋等水體自由水面相對于某一基面的高程，稱為水位，單位m。 我國統(tǒng)一采用青島附近黃海海平面為標準基面。 2、水位觀測的作用 （1）一方面是直接為水利、水運、防洪、治澇提供資料 （2）另一方面可用水位推求其他水文數(shù)據(jù),3、水位觀測的基面（總共有4種） （1）絕對基面：將某一海濱地點平均海水面的高程定為0.000m，作為水準基面。我國曾沿用過大連、大沽、黃海、廢黃河口、吳淞、珠江等基面，現(xiàn)在統(tǒng)一規(guī)定的基面為青島黃?；?。 （2）假定基面：這是在水文測站附近沒有國家水準點或在一時還不具備接測條

12、件的情況下暫時假定的一個水準基面。,（3）測站基面：某些水文測站專用的一種假定基面，一般選擇在河床最低點或歷年最低水位以下0.51.0m處的水平面作為零點來計算水位高度。 （4）凍結(jié)基面：將測站第一次使用的基面凍結(jié)下來作為永久固定基面的一種基面，也屬水文測站專用的另一種假定基面。使用凍結(jié)基面可保持測站水位資料的歷史連續(xù)性。全河上下游或相鄰測站應(yīng)盡可能采用一致的固定基面。注：使用水位資料時一定要查清其基面。,二、觀測水位的設(shè)備和方法 1、水尺人工觀測（是傳統(tǒng)的有效的直接觀測設(shè)備） 在測流斷面上布設(shè)水尺，人工定時或不定時進行觀測 1）類型：按水尺的構(gòu)造形式不同可分為直立式、傾斜式、矮樁式與懸錘式4

13、種。其中應(yīng)用最廣泛的是直立式水尺。觀測時記錄水尺讀數(shù)，水位按下式計算：水位(Z)=水尺零點高程(Z0)+水尺度數(shù)(h),a. 水位變化不大時，每天采用兩段制觀測(8點和20點)； b. 水位變化較大時，每天采用四段制觀測(2點，8點，14點，20點)； c. 洪水期或水位變化急劇時，需增加測次。 2）優(yōu)缺點 優(yōu)點：構(gòu)造簡單、經(jīng)濟、使用方便。 缺點：觀測條件差，工作量大。,2、自記水位計 利用機械、壓力、電流等的感應(yīng)作用，間接地測記水位的設(shè)備。 類型：就地自記與遠傳感測自記兩種形式。 優(yōu)點：節(jié)省人力，自記水位計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，有的還能將所觀測的數(shù)據(jù)

14、以數(shù)字或圖像的形式遠傳室內(nèi)，使水位觀測工作趨于自動化和遠傳化。 缺點：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價、管理費用也比較高。,t,Z,三、水位資料的整理 所獲得的水位資料都是瞬時值。水位資料整理就是將瞬時水位值換算成日平均水位、月平均水位、年平均水位 。 1、日平均水位的計算 （1）當(dāng)?shù)葧r距觀測或摘錄水位時，日平均水位計算采用算術(shù)平均法：,自記水位過程線,式中，a，b，c，m，n相鄰兩次水位間的時距，單位h； T=a+b+c+ +m+n=24小時； Z0， Z1， Z2， ， Zn-1 ， Z0 為各次觀測的水位，單位m。,面積包圍法示意圖,Z0,Z1,Z3,Z2,Zn-2,Zn-1,Zn,0時,24時,a,

15、n,c,m,b,（2）當(dāng)不等時距觀測或摘錄水位時，日平均水位計算采用加權(quán)平均法，又稱面積包圍法求取,2、編制“逐日平均水位表”及“洪水要素摘錄表” 水位觀測結(jié)果，應(yīng)換算成日平均值，通過計算日平均值，編制“逐日平均水位表”。表中包括年、月最高水位、最低水位、平均水位和各種歷時（保證率）水位等。將汛期實測水位按觀測時刻時刻順序填表，可得“洪水要素摘錄表”。凡基本站歷年水位資料，均載于水文年鑒里。,1983年贛江吉安站逐日平均水位表,【思考題】 1.全國水位統(tǒng)一采用的基準面是( ) A.大沽基面 B.吳淞基面 C.珠江基面 D.黃海基面 2.水位觀測的精度一般準確到（） A.1m B. 0.1m C

16、. 0.01m D. 0.001m 3.當(dāng)一日內(nèi)水位變化不大時，計算日平均水位應(yīng)采用( ) A.加權(quán)平均 B.幾何平均法 C.算術(shù)平均法 D.面積包圍法 4.當(dāng)一日內(nèi)水位較大時，由水位查水位流量關(guān)系曲線以推求日平均流量，其水位是用( ) A.算術(shù)平均法計算的日平均水位 B.12時的水位 C.面積包圍法計算的日平均水位 D.日最高水位與最低水位的平均值 5.我國計算日平均水位的日分界是從（ )時至( ) 時，計算日降水量的日分界是從( )到( )。 A.0時 B.當(dāng)日8時 C.次日8時 D.24時,(D),(C),(C),（C）,(A D B C),3.4 流量測驗,內(nèi)容提要： 1.流量測驗的方

17、法；2.斷面測量(包括水深和起點距的測量)的方法；3.流速儀及其測速；4.流量計算的步驟和方法；5.浮標法測流和流量的計算。 學(xué)習(xí)要求： 掌握水道斷面測量（包括水深和起點距的測量）的方法、流速儀及其測速、流量計算的步驟和方法。,一、概述 Q=AV 由上式知，流量測驗包括3部分：斷面面積測量、流速測量及流量計算。 測流方法很多，如直接法、水力學(xué)法、物理法、化學(xué)法、流速面積法(有流速儀法、浮標測流法等) 。 二、流速儀測流,流速分布示意圖,相對水深,流速,1、原理 Q=qi=ViAi,Vi,Ai,2、斷面測量 水道斷面的測量，是在斷面上布設(shè)一定數(shù)量的測深垂線，施測各條垂線的水深，同時測得每條測深垂

18、線與岸上某一固定點（斷面的起點樁，一般設(shè)在左岸）的水平距離（稱為起點距），并同時觀測水位，用施測時的水位減去水深，得到各測深垂線處的河底高程。,斷面測量示意圖,- 水深測量 測量水深的方法通常用測深桿、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。,- 起點距的測定 斷面索法 斷面索法是在斷面上架設(shè)鋼絲纜索，每隔適當(dāng)距離做上標記，并事先測量好它們的位置，測量水深的同時，直接在斷面索上讀出起點距。這種方法適合于河寬較小、水上交通不多、有條件架設(shè)斷面索的河道測站，精度較高。,交會法,)經(jīng)緯儀岸上交會法：水文站在布設(shè)測流斷面時，同時布設(shè)基線，并用精確方法量出

19、基線的長度，測角時，將經(jīng)緯儀安放在基線的終點，測出角度 ，則起點距為 D=Ltg。 )六分儀船上交會法：當(dāng)河道較寬時，岸上與船上聯(lián)絡(luò)困難，風(fēng)浪較大時用經(jīng)緯儀瞄準河中活動的目標，施測有些困難，此時可使用六分儀交會法。手握儀器即可測出角 ，能在船上使用，因此水文勘測中經(jīng)常使用。 計算起點距的公式為 ：D=Lctg,交會法示意圖,3、流速儀測速 測定流速的方法很多，常用的有流速儀法和浮標法。 - 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（測速范圍：0.2-3.5m/s，適合于含沙量較少的河流）和LS25-1型旋槳流速（測速范圍：0

20、.04-10m/s，適合于多沙的河流） 。,LS68-2型旋杯式流速儀,流速儀測速原理是利用水流沖動流速儀的旋杯或旋槳，同時帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，在裝有信號的電路上發(fā)出訊號，便可知道在一定時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，流速愈大，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)得愈快，流速與轉(zhuǎn)速之間有一定的關(guān)系。 式中： N - 流速儀在測速歷時T內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)，一般是根據(jù)訊號數(shù)，再乘上每一訊號代表的轉(zhuǎn)數(shù)求得； T - 測速歷時，為了消除水流脈動的影響，測速歷時一般不應(yīng)少于100s。,- 流速測量 流速儀只能測得某點的流速，為了求得斷面平均流速，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

21、點進行測速，最后根據(jù)測點流速的平均值求得測線平均流速，再由測線平均流速求得部分面積平均流速，進而推得斷面流量。 測速垂線數(shù)目，根據(jù)河寬、水深來確定。測速垂線上的測點數(shù)，根據(jù)垂線的水深，流速儀的懸吊方式和測量精度的要求來確定。,我國精測法、常測法最少測速垂線數(shù)目的規(guī)定： 4、流量計算 流速儀測流時有專用的記錄和計算表格，通常在測流時隨即計算流量。 方法是：點流速- 垂線平均流速- 部分面積平均流速- 乘以對應(yīng)的部分斷面面積- 部分流量- 全斷面流量。,布驟 (1) 布設(shè)測速垂線，測量各垂線的深度hi和相鄰垂線間的距離bi； (2) 在測速垂線上布設(shè)測點，用流速儀測速，計算各垂線平均流速vmi；

22、(3) 部分平均流速Vi和部分面積Ai計算；,部分平均流速Vi： 岸邊部分 中間部分 部分面積Ai： 岸邊部分 中間部分 (4) 部分流量qi=ViAi計算，部分流量之和即為Q。,垂線布點方式：0.0,0.2h,0.4h,0.6h,0.8h,1.0h（相對水深）。垂線平均速度視測點數(shù)，分別按下式計算：,（1）垂線平均流速的計算,（2）測流面積上的部分面積 部分面積是以測深垂線為分界，首先計算測深垂線間的斷面面積（又稱塊面積），其次以測速垂線劃分部分，將各個部分內(nèi)的測深垂線間的斷面面積相加得出各個部分的部分面積。 塊面積 - 中間部分面積按梯形面積公式計算 ai = 1/2( hi-1 + hi

23、 ) bi - 岸邊的部分面積按三角形面積計算 a1= 1/2h1b1或 an = 1/2hn-1bn 部分面積 測深垂線間的斷面面積相加得出，若兩條測速垂線（同時也是測深垂線）間無測深垂線，則該部分面積就是這兩條測深垂線（測速垂線）間的面積。,（3）部分面積平均流速的計算 部分面積平均流速是指兩測速垂線間部分面積的平均流速，以及岸邊或死水邊與斷面兩端測速垂線間部分面積的平均流速。 - 中間部分面積平均流速的計算 Vi = 1/2( Vmi-1 + Vmi ) - 岸邊部分面積平均流速的計算 V1=Vm1 或 Vn = Vmn,（4）部分流量的計算 由各部分的部分平均流速與部分面積之積得到部分

24、流量， （5）斷面流量的計算,例題：某河某站橫斷面如圖所示，根據(jù)圖中所給測流資料計算該站流量和斷面平均流速。測線水深h1=1.5m，h2=0.5m，V0.2, V0.6，V0.8分別表示測線在0.2m，0.6m，0.8m處的測點流速，左，右分別表示左右岸的岸邊系數(shù)。,左,解：1.垂線平均流速 Vm1=（V0.2+ V0.8）/2=（1.2+0.8）/2=1.0m/s Vm2= V0.6 =1.0m/s 2.部分平均流速 V1=左 Vm1=0.91.0=0.9m/s V2=（Vm1+ Vm2）/2=（1.0+1.0）/2=1m/s V3=右 Vm2=0.81.0=0.8m/s 3.部分面積 A1

25、=1/21.520=15m2 A2=1/2（1.5+0.5）10=10m2 A3=1/20.520=5m2,4.斷面流量 Q=q1+q2+q3=150.9+101+50.8=27.5m3/s 5.斷面平均流速 V=Q/A=27.5/30=0.917m/s,浮標測流法是一種簡便的測流方法。在洪水較大或水面漂浮物較多，特別是在使用流速儀測流有困難的情況下，浮標法測流是一種切實可行的辦法。浮標測流的主要工作是觀測浮標漂移速度，測量水道橫斷面，以此來推估斷面流量。 凡能漂浮在水面上的物體都可以制成浮標。用水面浮標法測流時，測得的是浮標在水面的漂移速度，這種流速稱浮標虛流速，它不能代表斷面平均流速，將它

26、與過水?dāng)嗝嫦嗯浜希嬎愠鰯嗝嫣摿髁浚缓蟪松细讼禂?shù) 才能得到斷面實際的流量。,三、浮標法測流,3.5 泥沙測驗及計算,內(nèi)容提要： 1.懸移質(zhì)的測驗儀器和方法； 2.懸移質(zhì)含沙量的計算； 3.懸移質(zhì)輸沙率的計算； 4.懸移質(zhì)輸沙量的計算； 5.推移質(zhì)的測驗。 學(xué)習(xí)要求： 掌握懸移質(zhì)的測驗，懸移質(zhì)含沙量、輸沙率和輸沙量的計算。,河流中的泥沙，按其運動形式可分三類： 懸移質(zhì)泥沙：懸浮于水中并隨之運動 推移質(zhì)泥沙：受水流沖擊沿河底移動或滾動 河床質(zhì)泥沙：相對靜止而停留在河床上 一、懸移質(zhì)測驗與計算 描述河流中懸移質(zhì)的情況，常用的兩個定量指標： 含沙量（Cs）：單位體積內(nèi)所含干沙的質(zhì)量，Kg/m3。

27、輸沙率（Qs）：單位時間流過河流某斷面的干沙質(zhì)量，kg/s。,1、含沙量的測驗 對所取水樣，經(jīng)過量積、沉淀、過濾、烘干稱重等手續(xù)，得出一定體積渾水中的干沙重量。,2、輸沙率測驗 包括含沙量測定與流量測驗兩部分工作組成。 （1）垂線平均含沙量：五點法、三點法、二點法、一點法 （2）配合測流計算的部分流量，算得斷面輸沙率。,3、單位水樣含沙量與單沙斷沙關(guān)系 輸沙總量、輸沙過程 單沙：與斷面平均含沙量有穩(wěn)定關(guān)系的斷面上有代表性的垂線和測點含沙量； 斷沙：相應(yīng)地把斷面平均含沙量簡稱斷沙。,二、推移質(zhì)泥沙測驗 推移質(zhì)輸沙率是指單位時間內(nèi)通過測驗斷面的推移質(zhì)泥沙重量，單位為kg/s。推移質(zhì)取樣的方法，是將

28、采樣器放到河底直接采集推移質(zhì)沙樣。由于推移質(zhì)粒徑不同，推移質(zhì)采樣器分為沙質(zhì)和卵石兩類。沙質(zhì)推移質(zhì)采樣器適用于平原河流，我國自制的這類儀器有黃河59型和長江大型推移質(zhì)采樣器。卵石推移質(zhì)采樣器通常用來施測1.030cm粗粒徑推移質(zhì)，主要采用網(wǎng)式采樣器，有軟底網(wǎng)式和硬底網(wǎng)式兩種。,【思考題】 1.河流中的泥沙,按其運動形式可分為(_)三類。 A.懸移質(zhì) B.推移質(zhì) C.河床質(zhì) D.沙石質(zhì) 2.常用來表示輸沙特征的指標有(_)。 A.含沙量 B.輸沙率 C. 流量 D. 輸沙量 3.在輸沙率測驗中，取樣垂線上測點的分布主要與（_）有關(guān)。 A.水深大小 B.斷面情況 C.垂線數(shù)目 D.要求的精度 4.

29、人們從不斷的實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)（_）時，斷面平均含沙量與斷面某一垂線或某一測點的含沙量之間有穩(wěn)定關(guān)系，通過建立其相關(guān)關(guān)系，便可大大地簡化了泥沙測驗工作。 A.斷面比較穩(wěn)定 B.河道比較窄 C.河道比較寬 D.主流擺動不大,(ABC),(ABD),(AD),(AD),3.8 水文調(diào)查與水文遙感,內(nèi)容提要： 1.洪水調(diào)查的方法和洪峰流量的推算；2.暴雨調(diào)查的方法；3.枯水調(diào)查的方法； 學(xué)習(xí)要求： 掌握洪水調(diào)查、暴雨調(diào)查和枯水調(diào)查的方法。,水文調(diào)查：為彌補水文基本站網(wǎng)定位觀測之不足或為某個特定目的，采用勘測、調(diào)查、考證等方式收集某些水文要素等有關(guān)資料的工作，稱之為水文調(diào)查 。 一、洪水調(diào)查 1、調(diào)查內(nèi)容

30、和方法 （1）調(diào)查內(nèi)容 包括洪水痕跡、發(fā)生時間、災(zāi)情測量、洪水痕跡的高程，河槽、斷面情況，推算洪水總量、洪峰流量、洪水過程線及重現(xiàn)期，調(diào)查報告。,（2）調(diào)查方法 河道踏勘； 深入調(diào)查確定洪水痕跡；洪水調(diào)查的測量 ； 二、暴雨調(diào)查 1、暴雨調(diào)查的類型 調(diào)查歷史暴雨和調(diào)查現(xiàn)代暴雨。 2、暴雨調(diào)查的主要內(nèi)容 暴雨成因、暴雨量、暴雨起訖時間、暴雨變化過程及前期雨量情況、暴雨走向及當(dāng)時主要風(fēng)向變化等。,3、暴雨調(diào)查的要點 暴雨量的調(diào)查； 雨量觀測值的調(diào)查復(fù)核,三、枯水調(diào)查 1、調(diào)查內(nèi)容 歷史枯水調(diào)查、當(dāng)年枯水調(diào)查、水庫枯水調(diào)查 2、調(diào)查步驟 選擇調(diào)查河段、深入現(xiàn)場調(diào)查訪問；對于農(nóng)業(yè)灌溉及工業(yè)用水量的調(diào)查

31、，則應(yīng)根據(jù)具體要求，確定調(diào)查內(nèi)容及方法。,四、水文遙感 1、概念 把遙感技術(shù)應(yīng)用于水文科學(xué)領(lǐng)域稱為水文遙感。 2、特點 如動態(tài)遙感，從定性描述發(fā)展到定量分析，遙感遙測遙控的綜合應(yīng)用，遙感與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合。 3、應(yīng)用 （1）流域調(diào)查 ；（2）水文水資源調(diào)查； （3）水質(zhì)監(jiān)測 ；（4）洪澇災(zāi)害的監(jiān)測 ；（5）河口、湖泊、水庫的泥沙淤積及河床演變，古河道的變遷 ；（6）降水量的測定及水情預(yù)報 。 4、優(yōu)點 利用衛(wèi)星傳輸?shù)孛孀詣舆b測水文站資料，具有投資低，維護量少，使用方便的優(yōu)點，且在惡劣天氣下安全可靠，不易中斷。對大面積人煙稀少地區(qū)更加適合。,3.9 水文信息處理,內(nèi)容提要： 1.穩(wěn)定的水位流量

32、關(guān)系曲線的繪制；2.不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的處理方法；3.水位流量關(guān)系曲線的延長方法；4.水位流量關(guān)系曲線的移用；5.流量資料整編。 學(xué)習(xí)要求： 掌握水位流量關(guān)系曲線的繪制與處理方法、水位流量關(guān)系曲線的延長方法、水位流量關(guān)系曲線的移用和流量資料整編。,一、緒 1、概念：水文數(shù)據(jù)的加工整理過程，稱為水文數(shù)據(jù)處理。 2、工作內(nèi)容：收集校核原始數(shù)據(jù)；編制實測成果表；確定關(guān)系曲線，推求逐時、逐日值，編制逐日表及洪水水文要素摘錄表；合理性檢查；編制處理說明書。 3、水文資料整編原因 多數(shù)原始資料只能代表觀測時的瞬時情況，有時還會出現(xiàn)中斷，缺測情況。,4、水文資料整編目的 將水文測站測得的原始資料，按照

33、統(tǒng)一的格式進行整理、分析和統(tǒng)計提煉成為系統(tǒng)、完整，有一定精度的水文資料，供有關(guān)國民經(jīng)濟部門應(yīng)用。 5、流量資料整編 流量資料整編（屬于水文資料整編的一項）中最關(guān)鍵的部分是制定水位流量關(guān)系曲線，然后用水位在水位流量關(guān)系曲線上推求流量，再計算日、月、年平均流量及挑選各種特征流量。簡言之：（1）首先建立水位流量關(guān)系曲線ZQ；（2）其次根據(jù)ZQ推求流量過程Qt；（3）統(tǒng)計特征參數(shù)：（日、月、年）流量均值、Qmax、Qmin。,一、水位流量（ZQ）關(guān)系曲線的確定,1、概念： 一個測站的水位流量關(guān)系是指基本水尺斷面處的水位與通過該斷面的流量之間的關(guān)系。根據(jù)實測流量成果，便可點繪水位與流量之間的關(guān)系。 2、

34、分類：穩(wěn)定（一一對應(yīng)）關(guān)系和不穩(wěn)定關(guān)系兩種。 3、穩(wěn)定的水位流量關(guān)系是指一個水位對應(yīng)的流量變化不大，它們之間呈現(xiàn)單一關(guān)系。 （1）計算公式：穩(wěn)定的水位流量關(guān)系，可用曼寧公式加以說明。 穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的繪制步驟如下： 將各次測流時實測水位、流量的成果加以審查，列出實測流量成果表。,某河 站1982年實測流量成果表（摘錄）, 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，同時繪制ZA、ZV、ZQ關(guān)系曲線。 以水位為縱坐標，橫坐標用三種比例尺，分別代表Q、A、V。如果采用不同方法測流，則點子用不同符號表示。如果水位流量關(guān)系點子密集，分布成一帶狀，就可以通過點群中間，目估一條單一的水位流量關(guān)系曲線。 ZQ曲線定出后，應(yīng)與ZA

35、、ZV曲線對照檢查，使各種水位情況下的Q=AV。,穩(wěn)定情況下ZQ曲線的繪制,二、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線 從公式Q=AV=A R2/3I1/2/n知，當(dāng)水位Z不變時， A，R，I， n中任意一項發(fā)生變動，Q都不是定值，則水位流量關(guān)系曲線 不是單一的。有下面幾種情況： 1、受河床沖淤影響的水位流量關(guān)系,在沖淤中按沖淤發(fā)生時間的持續(xù)性，可分為經(jīng)常性沖淤和不經(jīng)常性沖淤；按沖淤前后從橫斷面變化情況，可分為普遍沖淤和局部沖淤。,洪水水面河道沿程發(fā)生高低起伏的一種波動，稱為洪水波。 穩(wěn)定流水面比降i0、洪水波的水面比降i。 波前部分ii0，波后部分i0；落洪時， i=0,圖3-9,2、 受洪水漲落影響的水

36、位流量關(guān)系,3、 受變動回水影響的水位流量關(guān)系,下游回水頂托，導(dǎo)致水面比降減少，由曼寧公式 Q=AV=A R2/3I1/2/n知， 在相同水位下，比降小的流量變小。,4、受水草及結(jié)冰影響,1）水草影響 在平原地區(qū)，某些氣溫較高，雨量豐沛的河流，水草生長茂盛，造成水位流量測點散亂，關(guān)系變動。水草影響主要使有效過水?dāng)嗝鏈p小，糙率加大，產(chǎn)生壅水，使流量偏小。水草影響一般始于初夏、夏末、秋初最盛，中秋以后，氣溫降低，水草逐漸枯萎，流量測點恢復(fù)正常。 2）結(jié)冰影響 在我國北方結(jié)冰河流，冰期流量關(guān)系曲線反常，流量測點偏小甚多，有時發(fā)生水位大幅度上漲，而流量反而有減小現(xiàn)象，水位流量關(guān)系成反比變化。 結(jié)冰影響

37、主要使過水?dāng)嗝鏈p小，摩阻加大。當(dāng)下游發(fā)生冰塞、冰壩及沿河結(jié)冰時，不僅發(fā)生壅水，而且使流量偏小，這就是造成流量關(guān)系線反常的原因。,5、混合影響 天然河流的水位流量關(guān)系，常受多種（又稱混合）因素影響：沖淤與洪水漲落，沖淤與回水；沖淤、回水、洪水漲落等。,三、不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線處理方法 不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的處理方法很多，經(jīng)常使用的有以下兩種，(1)臨時曲線法：若水位流量關(guān)系受不經(jīng)常的沖淤影響或比較穩(wěn)定的結(jié)冰影響，在一定時期內(nèi)關(guān)系點子密集成一帶狀，能符合定單一線的要求時，可以分期定出ZQ曲線，稱為臨時曲線法。(2)連時序法：當(dāng)測流次數(shù)較多，能控制水位流量關(guān)系變化的轉(zhuǎn)折點時，一般多用連時序法

38、。其繪制過程如下：,根據(jù)實測資料繪出水位過程線Z=f(t)，并在過程線上按順序注上測次號碼。 根據(jù)實測流量和相應(yīng)水位，點繪ZQ相關(guān)點，并在點旁依次注明測次號碼及實測日期。 參照水位過程線的起伏變化，目估依測次號碼連成圓滑曲線，即為水位流量關(guān)系曲線。 這種情況的ZQ曲線一般為繩套形，使用時按水位發(fā)生時間在ZQ曲線的相應(yīng)位置查讀流量。,四、水位流量關(guān)系曲線延長 一般水位流量關(guān)系曲線的水位在正常變幅內(nèi)，最高水位 和最低水位對應(yīng)的流量無法獲取。因此，需對水位流量關(guān)系曲 線進行延長。延長精度：高水外延部分不超過當(dāng)年實測流量所 占水位變幅的30，低水外延部分不超過10。 1、高水延長 (1) 水位面積、水

39、位流速延長法,步驟： 首先利用大斷面資料，延長ZA曲線。 其次按照水位流速曲線上端的趨勢外延，即延長ZV關(guān)系曲線（高水部分基本上成一條直線）。 最后最后根據(jù)延長部分的各級水位的流速與相應(yīng)面積的乘積得流量，并定出延長部分的水位流量關(guān)系曲線，如圖所示。即據(jù)Q=AV推求ZQ關(guān)系曲線。,(2) 曼寧公式延長法 Q=AV=AR2/3S1/2/n= (AR2/3)(S1/2/n) 式中，A，R，n同前，S=I,為比降；其中S1/2/nv/R2/3。 繪制ZAR2/3曲線和ZS1/2/n并延長。,2、低水延長 1）根據(jù)水位面積、水位流速關(guān)系曲線法延長與上面所講的一致。 2）利用斷流水位Z0作為控制點將實測水

40、位流量（ZQ）關(guān)系順曲線趨勢延長。 斷流水位Z0，即流量等于零的水位。其確定的方法有： 第一：根據(jù)測站縱橫斷面資料作出判斷。如測站下游有淺灘或石梁，則以其頂部高程作為斷流水位；如測站下游很長距離內(nèi)河底乎坦，則取基本水尺斷面河底最低點高程作為斷流水位。 第二：用分析法推求。 a. 適用條件：適用于斷面形狀整齊，在延長部分的水位變幅內(nèi)河寬無顯著變化的情況。,b.原理：假定低水部分水位流量（ZQ）關(guān)系為:,在水位流量曲線中、低水彎曲部分取三個點(滿足Q2b=QaQc) （Za，Qa）、（Zb，Qb）、（Zc，Qc） 代入上式，得：,以（Z0，0）為控制點，延長得低水曲線。,五、水位流量關(guān)系曲線的移用

41、,規(guī)劃設(shè)計工作中，常常遇到設(shè)計斷面處缺乏實測數(shù)據(jù)，這時就需要將鄰近水文站的水位流量關(guān)系移用到設(shè)計斷面上。 當(dāng)設(shè)計斷面與水文站相距不遠且兩斷面間的區(qū)間流域面積不大，河段內(nèi)無明顯的出流與入流的情況下，在設(shè)計斷面設(shè)立臨時水尺，與水文站同步觀測水位。因兩斷面中、低水時同一時刻的流量大致相等，所以可用設(shè)計斷面的水位與水文站斷面同時刻水位所得的流量點繪關(guān)系曲線，再將高水部分進行延長，即得設(shè)計斷面的水位流量關(guān)系曲線。 當(dāng)設(shè)計斷面與水文站的河道有出流或入流時，則主要依靠水力學(xué)的辦法來推算設(shè)計斷面的水位流量關(guān)系。,六、流量資料整編 在水位流量關(guān)系曲線確定后，即可根據(jù)水位資料來推求流量資料。 1、首先應(yīng)推求日平均

42、流量。當(dāng)一日內(nèi)流量變化平穩(wěn)時，可用日平均水位在水位流量關(guān)系曲線上查得日平均流量；當(dāng)一日內(nèi)流量變化較大時，可用逐時水位在水位流量關(guān)系曲線上查得逐時流量，再按算術(shù)平均法或面積包圍法求得日平均流量； 2、其次根據(jù)日平均流量得出月、年平均流量及其它統(tǒng)計特征值（最大流量、最小流量等）； 3、編制成逐日平均流量表，在水文年鑒中刊布、存儲。,七、懸移質(zhì)輸沙率信息處理,在整理懸移質(zhì)輸沙率資料時，應(yīng)對實測資料進行分析，一般著重進行單斷沙關(guān)系曲線分析，并進行處理，進而由實測單沙成果 逐日斷面平均含沙量,相應(yīng)的平均流量,各日的平均輸沙率,全年天數(shù),年平均輸沙率,在洪水期年平均輸沙率的計算：,各測次的單沙,斷沙,相應(yīng)的斷面流量,各次的斷面輸沙率,日輸沙率,日輸沙總量,日平均輸沙率,一日的秒數(shù),全年天數(shù),