水文流量測驗

1、流量測驗1流量測驗的意義和目的1.1流量的定義流量：單位時間內流過某一過水斷面的水體體積，常用單位是立方米每 秒（m3/s）。流量是反映水利資源和江河湖庫水量變化的基本資料，也是河流最重要 的水文要素之一。觀測流量的測站一般稱為流量站，既觀測水位又觀測流量的測站才稱為 水文站。無論是防洪抗旱，還是水資源的開發(fā)、利用、配置、管理、流域規(guī)劃、 工程設計、水利工程管理運用、航運、灌溉、供水等，都必須掌握江河的徑 流資料，及時了解流量的大小和變化情況。只有通過流量測驗才能準確獲得江河流量的大小，流量測驗泛指通過實 測或其他水力要素間接推求流量的過程，一般情況下是指實測流量。實測流量（也常簡稱測流）是通

2、過采用專用的儀器設備進行流速和斷面 面積測量，并計算出斷面流量的作業(yè)過程。流量測驗的目的是要獲得江河徑流和流量的瞬時變化資料，一般情況 下，河道（或渠道）水位與流量都存在相應的關系，水位的升降反映的是流 量的增加或減小。水位與流量存在的這種關系，在水文測驗中簡稱“水文流 量關系氣若建立了測站的水位流量關系，就可使測站在一定時期內，僅需 通過水位觀測，便可推求出任何時刻的流量。但由于受到糙率、比降、過水斷面沖淤等因素變化的影響，水位與流量 的關系大多數情況下并非嚴格意義上的函數關系，而是一種相關關系，這種 相關關系有時還會發(fā)生一定的變化。因此，大多數水文測站需要經常進行實 測流量，建立或及時修正

3、水位流量關系，并通過水位觀測值，利用建立的水 位流量關系推求逐時流量值，進一步計算逐日流量、各種流量特征值和徑流 資料。因此，流量測驗的主要目的是用來建立水位流量關系。2流量測驗方法簡介2.1流量測驗方法分類由于流量測驗在水文測驗中占有重要地位，因此國內外采用的流量測驗 方法和手段很多，主要分為以下幾類。根據測驗時河流流量的大小，分為洪水流量測驗、平水流量測驗、枯 水流量測驗。根據測量時水流是否有冰情，分為暢流期流量測驗、流冰期流量測驗、 封凍期流量測驗。按流量測驗原理，分為流速面積法、水力學法、化學（稀釋）法、直 接法等。2.2流速面積法流速面積法（也稱面積流速法）是通過實測斷面上的流速和過

4、水斷面面 積來推求流量的一種方法，此法應用最為廣泛。其中，流速儀法是指用流速儀測量斷面上一定測點流速，推算斷面流速 分布。流速儀法根據測定平均流速的方法不同，又分為積點法、積分法等。積點法是將流速儀停留在測速垂線的預定點即所謂測點上，測定各測 點流速，計算垂線平均流速，進而推求斷面流量的方法。目前，普遍用它作 為檢驗其他方法測驗精度的基本方法。積分法是流速儀以運動的方式測取垂線或斷面平均流速的測速方法。 根據流速儀運動形式的不同，積分法又可分為積深法和積寬法。2.3水力學法測量水力因素，選用適當的水力學公式計算出流量的方法，叫水力學法。 水力學法又分為量水建筑物測流、水工建筑測流、比降面積法3

5、類。2.4化學法化學法又稱為稀釋法、溶液法、示蹤法等。3流量測驗的方式和要求3.1流量測驗的方式流量測驗的方式有多種，根據測站運行管理情況分類，水文測站的測驗 方式主要有駐測、巡測、遙測、間測、檢測、校測、委托觀測等方式。駐測是水文專業(yè)人員駐站進行水文測驗的作業(yè)方式。駐測是目前我國采 用的主要測驗方式，而發(fā)達國家?guī)缀醪徊捎民v測，以巡測和遙測為主。3.2確定流量測次的基本原則測流次數必須根據高中低各級水位的水流特性、測站控制情況和測驗 精度要求掌握各個時期的水情變化，合理地分布于各級水位和水情變化過程 的轉折點處。對水位流量關系穩(wěn)定的測站，每年應不小于15次。對水位流量關系不穩(wěn)定的測站，其測次滿

6、足推算逐日流量和各項特征 值的要求。對新設測站初期的測流次數，應適當增加。4水道斷面測量4.1測深垂線的布設原則測深垂線的布設易均勻分布，并應能控制河床變化的轉折點，使部分水 道斷面面積無大補大割情況。當河道有明顯邊灘時，主槽部分的測深垂線應 較灘地為密。新設測站，為取得精密法測深資料，為以后進行垂線精簡分析打基礎， 要求測深垂線數不少于規(guī)定數量的一倍。4.2水道斷面測量誤差的控制為了控制或消除測量誤差，斷面測量必須按照操作規(guī)定施測，并應符合 以下規(guī)定：當有波浪影響觀測時，每個測深點的水深觀測不應少于3次，取其平 均值。對水深測量點必須湍流橫斷面線上。5流速儀法流量測驗5.1流速儀法測流的主要

7、工作內容測前準備。確定測深垂線、測速垂線、測速歷時、檢查儀器設備等。水位觀測水道斷面測量（測寬和測深）流速測量現(xiàn)場檢查整理計算實測流量檢查分析流量測驗成果5.2流速儀法流量測驗的適用條件斷面內大多數測點的流速不超過流速儀的測速范圍，在特殊情況下超 過了適用范圍時，應在資料中說明；當高流速超出儀器測速范圍30%時，應 在使用后將儀器封存，重新檢定。垂線水深不應小于流速儀用一點法測速的必要水深。在一次測流的起迄時間內，水位漲落差不應大于平均水深的10%； 水深較小而漲落急劇的河流不應大于平均水深的20%。流經測流斷面的漂浮物不致頻繁影響流速儀正常運轉。5.3測速垂線的布設測速垂線宜均勻分布，并能控

8、制斷面地形和流速沿河寬分布的主要轉 折點，無大補大割。主槽垂線較河灘為密。對測流斷面內，大于總流量1%的獨股分流、串溝，需布設測速垂線。隨水位級的不同，斷面形狀或流速橫向分布有較明顯變化的，可分高、 中、低水位級分別布設測速垂線。測速垂線的位置宜固定，當水位漲落或河岸沖淤，使靠岸邊的垂線離 岸邊太遠或太近，斷面上出現(xiàn)死水、回流，河底地形或測點流速沿河寬分布 有較變化，要隨時調整或補充測速垂線。5.4流速測量的要求流速測點的分布要求一條垂線上相鄰兩測點的最小間距不宜小于流速儀旋槳或旋杯的直 徑。測水面流速時，流速儀轉子旋轉部分不得露出水面。測河底流速時，應將流速儀下放至0.9水深以下，并應使儀器

9、旋轉部 分的邊緣離開河底25cm。測冰底或冰花底時，應使流速儀旋轉部分的邊緣 離開冰底或冰花底5cm。測速歷時要求測流歷時：一次測速過程中儀器的有效起止信號之間所經歷的時間稱為 測流歷時。單個流速測點上的測速歷時一般采用100秒，當流速變率較大或垂線上 測點較多時，可采用30-60秒。6轉子式流速儀6.1轉子式流速儀的組成轉子式流速儀是水文測驗中最常用的流速測驗儀器。轉子式流速儀主要由旋轉部件、身架部件和尾翼三部分組成。旋轉部件：由感應部分、支承系統(tǒng)和傳訊機構組成，懸槳繞著與水流 方向平行的軸轉動，其轉速與周圍流體的局部流速成單值對應關系。身架部件：為支承儀器工作和與懸吊設備相聯(lián)的部件。尾翼：

10、安置在身架上，它的作用是使儀器保持平衡和正對水流。6.2轉子式流速儀的類型轉子式流速儀根據轉子的不同又分為旋槳式流速儀、旋杯式流速儀兩 種。Ls25-1型旋槳式流速儀具備性能優(yōu)良、適應性強、測速范圍廣等優(yōu)點。1號漿用于測量0.06-2.5m/s的流速。2號漿用于測量0.2-5.0m/s的流速。6.3轉子式流速儀的檢查和養(yǎng)護6.3.1流速儀檢查的必要性每次使用流速儀之前，必須檢查儀器有無污損、變形、儀器旋轉是否靈 活及接觸絲與信號是否正常等情況。6.3.2流速儀的比測規(guī)定常用流速儀在使用期內，應定期與備用流速儀進行比測。其比測次數， 可根據流速儀的性能、使用歷時的長短及使用期間、流速和含沙量的大

11、小情 況而定。當流速儀實際使用5080h時應比測一次比測宜選擇在水情平穩(wěn)的時期和流速脈動較小、流向一致的地點進 行。常用與備用流速儀應在同一測點深度上同時測速，并可采用特制的 “u”形比測架，兩端分別安裝常用和備用流速儀，兩儀器間的凈距應不小 于0.5m。在比測過程中，應變換比測儀器的位置。比測點不宜靠近河底、岸邊或水流紊動強度較大的地點。不宜將旋槳式流速儀與旋杯式流速儀進行比測。每次比測應包括較大較小流速且均勻的30以上測點，當比測結果其 偏差不超過3%，比測條件差的不超過5%，且系統(tǒng)偏差能控制在土1%范圍 內，常用流速儀可繼續(xù)使用。超過上述偏差應停止使用，并查明原因，分析 其對已測資料的影

12、響。沒有條件比測的站，儀器使用12年后必須重新檢定。當發(fā)現(xiàn)流速 儀運轉不正常或有問題時，應停止使用。超過檢定時間23年以上的流速 儀，雖未使用，也應送檢。6.3.3流速儀的保養(yǎng)流速儀在每次使用后，應立即按儀器說明書規(guī)定的方法拆洗干凈，并 加儀器潤滑油。流速儀裝入箱內時，轉子部分應懸空擱置。長期儲藏備用的流速儀，易銹部件必須涂黃油保護儀器箱應放于干燥通風處，并應遠離高溫和有腐蝕性的物質。儀器箱 上下不應堆放重物。儀器所有的零附件及工具，應隨用隨放還原處儀器說明和檢定圖表、公式等應妥善保存。6.3.4停表的檢查停表在正常情況下應每年汛前檢查一次。當停表受過雨淋、碰撞、劇 烈震動或發(fā)現(xiàn)走時異常時，應

13、及時進行檢查。檢查時，應以每日誤差小于0.5min帶秒針的鐘表為標準計時，與停 表同時走動10min。當誤差讀數不超過3s，可認為停表合格。使用其它計時 器，應按照上述規(guī)定執(zhí)行。6.3.5流速儀測流的誤差來源（1）起點據定位誤差。（2）水深測量誤差。（3）流速測點定位誤差。（4）流向偏角導致的誤差。（5）入水物體干擾流態(tài)導致的誤差。（6）流速儀軸線與流線不平行導致的誤差。（7）停表或其它計時裝置的誤差。誤差的控制建立儀器、測具及有關測驗設備的定期檢查登記制度。減少懸索偏角。使儀器接近流速點的實際位置。在不影響測驗安全前 提下，應適當增大鉛魚重量。減少測流設備的阻水力。7其他項目觀測7.1水位觀

14、測當測流過程中水位變化平穩(wěn)時，可只在測流開始和終了各觀測或摘錄 水位一次。平均水深大于1m的測站，當估計測流過程中水位變化引起的水道斷 面面積的變化超過測流開始時斷面面積的5%或平均水深小于1m的測站，水 道斷面面積的變化超過10%時，應按能控制水位過程的要求增加觀測或摘錄 水位的次數。當測流過程可能跨過水位過程線的峰頂或谷底時，應增加觀測或摘錄 水位的次數。7.2水面比降的觀測需要取得河床糙率資料時。山區(qū)河流，當遇到洪水測流無法保證時。受變動回水影響，未直接通過實測掌握流量變化過程，而又沒有輔助 水位時。分析研究水位與流量關系時。設有比降水尺的測站，應根據設站目的觀測比降水尺水位。當測流過程

15、中水位變化平穩(wěn)時，可只在測流開始觀測一次；當水位變化 較大時，應在測流開始和終了各觀測一次。8流量計算的方法8.1垂線平均流速的計算在每條垂線上流速的點數，因水深不同而異。當水深不到一米時，常用 一點或二點法施測，水深為1-3米時，用三點或五點法施測。當用一點法施 測流速時，測點流速即為垂線平均流速，二點法、三點法的垂線平均流速， 用測點流速的算術平均值，測點和垂線平均流速均應填寫。計算方法：一點法：測線平均流速一般在水面向下0.6倍水深的地方。將流速儀放 在該點上，測得的流速即等于垂線上的平均流速。即Vm=V0.6二點法：將流速儀放在0.2及0.8倍水深處，該測線的平均流速為：Vm= （七廣

16、誠）/2三點法：Vm=（V +2V +V）/4 或 Vm=（V +V +V）/30.20.60.80.20.60.8五點法：Vm=（V00+3V02+3V06+2V08+V1.0）/10 8.2部分平均流速的計算部分平均流速是指兩測速垂線間的部分平均流速，以及岸邊或死水邊與 斷面兩端測速垂線間部分平均流速。中間部分平均流速等于相鄰兩垂線平均流速的平均值。岸邊部分平均流速可由緊靠岸邊的那條測速垂線的平均速度乘以岸 邊系數。8.3部分面積的計算部分面積是以測速垂線為分界。岸邊部分按三角形計算，中間部分按梯 形計算。8.4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可得到部分流量。8.5斷面流

17、量及其他水力要素的計算斷面面積為各部分面積之和。斷面流量為斷面上各部分流量的代數和。斷面平均流速 -=QA8.6其他項目計算水道斷面面積或斷面總面積水面寬平均水深：斷面總面積（或水道斷面面積）與水面寬的比值。最大水深：從各條垂線的水深中取最大值。最大測點流速：從各實測的測點流速中，取最大值。漲落率：由測流結束和開始時的水位差除以測流總歷時而得，漲水時 取正值，落水時取負值。水面比降：上下比降水尺的平均水位差除以兩比降斷面間的間距。8.7河床糙率的計算河床糙率可用曼寧公式計算：n = 1R f S 2v式中：n糙率二斷面平均流速（m/s）R水力半徑（m）S水面比降9浮標測流的基本原理浮標法是通過

18、測定水面或水中的人工或天然漂浮物隨水流運動的速度 來推求流量的一種測流方法。9.1浮標測流的基本原理Q kQQf最大流速計算出的流量，即為虛流量。Kf浮標系數=9.2浮標法測流方法的選用浮標法測流包括水面浮標法、深水浮標法、浮桿法和小浮標法，分別適 用于流速儀測速困難或超出流速儀測速范圍的高流速、低流速、小水深等情 況的流量測驗。當一次測流起止時間內的水位漲落差符合流速儀法測流的一般要求 時，應采用均勻浮標法測流。當洪水漲、落急劇，洪峰歷時短暫，不能用均勻浮標法測流時，可用 中泓浮標法測流。當浮標投放設備沖毀或臨時發(fā)生故障，或河中漂浮物過多，投放的浮 標無法識別時，可用漂浮物作為浮標測流。當測

19、流斷面內一部分斷面不能用流速儀測速，另一部分斷面能用流速 儀測速時，可采用浮標法和流速儀法聯(lián)合測流。風速過大，對浮標運行有嚴重影響時，不宜采用浮標法測流。9.3浮標法測流的主要內容觀測基本水尺水位和比降水尺水位。投放浮標、觀測各浮標流經上下斷面間的運行歷時，測定各浮標經過 中斷面的位置。觀測各浮標運行期間的風力（速）及其它附屬項目。實測水道斷面面積，或借用斷面面積。確定浮標系數和計算實測流量及其它有關數值。檢查和分析測流成果。9.4浮標系數的確定影響浮標系數的因素：風向和風力（速）、浮標的類型、河流斷面形 狀、水流情況等。各站應根據本站的實際情況，在不同的水位級下進行試驗分析，確定 浮標系數。

20、無條件進行比測試驗的水文站，根據測站控制、斷面情況等，可借用 所在區(qū)域有代表性的典型站的試驗資料分析確定。各站制作的浮標形式和材料應固定。各種浮標法的浮標系數都應該進行，確定各自的浮標系數。如果條件允許可以根據天氣狀況和風向風力等不同的天氣，進行試驗 分析確定浮標系數。9.5確定浮標系數的方法（1）實驗法（2）水位流量關系曲線法（3）水面流速系數法浮標系數的選用濕潤地區(qū)的大、中河流一般取0.850.90，小河取0.750.85。干旱地區(qū)的大、中河流取0.800.85，小河取0.700.80。在特殊情況下，濕潤地區(qū)取0.901.00，干旱地區(qū)取0.650.70。10水面浮標法水面浮標是漂浮于水流

21、表層用以測定水面流速的人工或天然漂浮物。10.1水面浮標的制作要求（1）浮標入水部分，表面應較粗糙，不應成流線型。浮標下面要加系 重物，保持浮標在水中漂流穩(wěn)定。浮標的入水深度不得大于水深的1/10。浮 標制作后宜放入水中試驗。（2）浮標露出水面部分，應有易于識別的明顯標志。10.2浮標投放設備采用水面浮標測流的測站，宜設置浮標投放設備。浮標投放設備由運行 纜道和投放器構成。投放浮標的運行纜道，其平面位置應設置在浮標上斷面的上游一定距 離處，距離的遠近，應使投放的浮標在到達上斷面之前能夠正常運行，其空 間高度應在調查最高洪水位以上。浮標投放設備應構造簡單、牢固，操作靈活、省力，并應便于連續(xù)投 放

22、和養(yǎng)護維修。沒有條件設置浮標投放設備的測站，可用船或利用上游橋梁等渡河設 施投放浮標。10.3水面浮標的投放方法和測記要求用均勻浮標法測流，應在全斷面均勻的投放浮標，有效的控制部分， 宜與測流方案中確定的部位一致。在各個已確定的控制部位附近和靠近岸邊 的部分均有1-2個浮標。浮標的投放順利，應自一岸順次投放至另一岸。當水情變化急劇時，可 先在中泓部分投放，再在兩側投放。當采用浮標法和流速儀法聯(lián)合測流時，浮標應投放至流速儀的邊界以 內，使兩者測速區(qū)域相重疊。用中泓浮標法測流，應在中泓部位投放3-5個浮標。浮標位置臨近， 運行正常，最長和最短運行歷時之差不超過最短歷時10%的浮標應有2-3個。當采

23、用漂浮物浮標法測流時，宜選擇中泓部位目標顯著，且和浮標系 數試驗所選漂浮物類似的漂浮物3-5個測定其流速。測速的技術要求，應 符合中泓浮標法測流的有關規(guī)定。漂浮物的類型、大小、估計的出水高度和 入水深度等，應詳細注明。斷面監(jiān)視人員必須在每個浮標到達斷面線時及時發(fā)出訊號。10.4浮標運行歷時的測記和浮標位置的測定斷面監(jiān)視人員必須在每個浮標到達斷面線時及時發(fā)出訊號。記時人員應在收到浮標到達上、下斷面線的訊號時，及時開啟和關閉 秒表，正確讀記浮標的運行歷時，時間讀數精確至0.1s。當運行歷時大于 100s時，可精確至1s。儀器交會人員應在收到浮標到達中斷面線的訊號時，正確測定浮標的 位置，記錄浮標的

24、序號和測量的角度，計算出相應的起點距。浮標位置的觀 測，應采用經緯儀或平板儀測角交會法測定，并應在每次測流交會最后一個 浮標以后，將儀器照準原后視點校核一次，當判定儀器位置末發(fā)生變動時， 方可結束測量工作。10.5測流斷面的選擇當采用水面浮標法測流時，宜同時施測斷面。斷面穩(wěn)定的測站，可直接借用鄰近測次的實測斷面。斷面沖淤變化較大的測站，可搶測沖淤變化較大部分的幾條垂線水 深，結合已有的實測斷面資料分析確定。10.6浮標法測流誤差來源與控制10.6.1浮標法測流的誤差來源浮標系數試驗分析的誤差。斷面測量的誤差。由于水流影響，浮標分布不均勻或有效浮標過少，導致浮標流速橫向 分布曲線不準。浮標流經上

25、、中、下斷面線時的瞄準視差，浮標流經中斷面時的定位 誤差。浮標運行歷時的記時誤差。浮標制作的人工誤差。風向、風速對浮標運行的影響誤差。10.6.2浮標法測流誤差的控制方法浮標系數的試驗分析資料，在高水部分應有較多的試驗次數。應執(zhí)行有關測寬、測深的技術要求，并經常對測寬、測深的工具、儀 器及有關設備進行檢查和校正。控制好浮標橫向分布的位置，使繪制的浮標流速橫向分布曲線具有較 好的代表性。必須執(zhí)行規(guī)范對浮標統(tǒng)一定型和測速的技術要求，減小測速的誤差。用精度較高的秒表記時，并經常檢查，消除計時系統(tǒng)誤差。Q = A v = A 1 R2/3 S1/2 n e11.比降面積法測流11.1比降面積法的原理和

26、方法11.2比降面積法的適用范圍11.2.1對河段的要求測驗河段順直、斷面穩(wěn)定、在河段內斷面形狀沿程變化不大，無明顯的 回流區(qū)。11.2.2適用范圍當流速儀法或水面浮標法無法測流時，用來搶測高洪水位的流量。 流量間測時，用于測量超出間測允許水位范圍以外的洪水流量。 測驗條件較好，水位流量關系穩(wěn)定，經過比測，比降面積法的測驗 精度滿足要求時，可將比降面積法作為常規(guī)測流方法。12測流成果的檢查與分析12.1檢查的目的保證原始資料正確、可靠，及時發(fā)現(xiàn)測驗工作中的問題、缺點和錯誤。隨時查清施測流量的變化與有關水力因素或其他相關因素之間的因 果關系。探求精簡測驗工作量的可能性、合理調整測驗工作方案。12.2主要內容和要求檢查分析測點流速、垂線流速、水深測量等記錄的正確性；以及流速測點、測速垂線、測深垂線布設的合理性。在每次測流計算、校核工作完成后，應對實測流量成果的合理性進行 全面的檢查分析。水位與流量關系穩(wěn)定的測站，主要是檢查新的關系點繪在圖中偏離原 來系列的程度。水位與流量關系不穩(wěn)定的測站，主要是檢查新的關系點繪在 圖中的變化