第三章-河川水文測驗

第三章河川水文測驗本章重點：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、文獻考證資料一、水文站觀測資料一定時期內(nèi)連續(xù)實測的資料，能較為真實地反映客觀實際，是水文分析計算的主要依據(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充，可以提高水文分析和計算的精度。二、洪水調(diào)查資料三、文獻考證資料我國很多歷史文獻，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(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行處理為即時觀測信息，這些指定的地點稱為水文測站。

水文測站所觀測的項目有：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）實驗站3）專用站按其主要觀測項目分按測站的性質(zhì)分

二、測站的布設(shè)1.測驗河段的選擇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。

(2)使用基面絕對基面：將某一海濱地點平均海水面的高程定為0.000m，作為水準(zhǔn)基面。現(xiàn)在統(tǒng)一規(guī)定的基面為青島黃?；妗Ｗ⒁?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)而提供間接運用資料，如水資源計算，水文預(yù)報中的上、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、防洪、防澇提供具有單獨使用價值的資料，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

=水尺零點高程+水尺讀數(shù)水尺零點高程可以預(yù)先測量出來②自記水位計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.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壓力式水位

固態(tài)存貯超聲波水位計（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)水位計超聲波水位計遙測水位系統(tǒng)多功能水位采集平臺遙測水位計水情數(shù)據(jù)采集柜遙測水位接收終端

在上下50公里的測驗河段內(nèi)共布設(shè)12處遙測水位計，實時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿恼局行臋C房遙測水位接受機。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

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計項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

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。掌握斷面測量（包括水深和起點距的測量）、流速測量、流量計算的步驟和方法。

重點：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起點距的測定起點距：垂線至基線上的起點樁之間的水平距離。3.橫斷面圖的繪制二、斷面流速特點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、沿斷面布設(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，控制流速縱向變化，點越多精度越高；3、每點測速應(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）流速計算公式如：V=Kn+c其中：系數(shù)K、c出廠時實驗確定；

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）點流速測量

測流斷面某測速垂線某相對水深點測60～100秒。垂線數(shù)，測點數(shù)及測點相對水深參照規(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)目的測速點進行測速，最后根據(jù)測點流速求得測線流速，再由測線流速求得部分面積流速，進而推得斷面流量。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

測點數(shù)暢流期冰期十一點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0.0、0.2、0.6、0.8、1.0h三點0.2、0.6、0.8h0.15、0.5、0.85h二點0.2、0.8h0.2、0.8h一點0.5h或者0.6h0.5h流速測點的位置

(3)流量計算1.垂線平均流速的計算

一點法：

二點法：三點法:1、線流速的計算（點流速→線流速）五點法：2.部分面積平均流速的計算線流速→部分流速----中間部分面積平均流速的計算

----岸邊部分面積平均流速的計算

相鄰取平均值乘以折算系數(shù)----部分面積的計算

起點距、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算，中間部分按梯形計算。----部分流量的計算

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），測量垂線的起點距和水深，根據(jù)起點距和水深計算“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算、中間部分按梯形計算）；

（2）在測速垂線上布設(shè)測點，測量點流速，然后由點流速計算線流速（），再由線流速計算部分流速（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”計算“部分流量（部分面積乘以部分流速得部分流量），然后計算斷面流量（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斷面橫渡連續(xù)測流推求斷面流量。

式中：F——斷面面積

——積寬測流計算斷面平均流速（計算消除航速影響后）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。試驗確定岸邊系數(shù)。方法特點：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.日平均流量計算2.編制“逐日平均流量表”3.編制“實測流量成果表”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；