第三章水文觀測及水文資料收集...重點水文信息采集與處理：研究各種水文信息的測量、計算與數(shù)據(jù)處理的原理和方法的-門科學,是水文學與水資源學的重要組成部分學習本章的目的是要學會收集水文資料，但中心內(nèi)容是要了解降水、水面蒸發(fā)、水位、流量等水文要素測驗的一般方法、日平均水位的計算、流量計算，同時對水位流量關(guān)系有一定的了解...目錄第一節(jié)水文測站第二節(jié)水位觀測第三節(jié)流量測驗第四節(jié)泥沙測驗及計算第五節(jié)水質(zhì)檢測第六節(jié)水文資料收集第七節(jié)流量資料整編...第一節(jié)水文測站一、水文測站在流域內(nèi)一定地點(或斷面)按照統(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，這些指定的水文觀測地點稱為水文測站觀測項目：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水位等測站分類按主要觀測項目分：水位站、流量站（也稱水文站）、雨量站、蒸發(fā)站等按測站性質(zhì)分：基本站、專用站?；菊臼撬闹鞴懿块T為全國各地的水文情況而設(shè)立的；專用站是為某種專門目的或用途由各部門自行設(shè)立的...站網(wǎng)：測站在地理上的分布網(wǎng)目的：因為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?shù)攸c布站觀測廣義的站網(wǎng)：指測站及其管理機構(gòu)所組成的信息采集與處理體系布站原則：通過所設(shè)站網(wǎng)采集水文信息，并經(jīng)過整理分析后,達到可以內(nèi)插流域內(nèi)任何地點水文要素的特征值水文站網(wǎng)規(guī)劃的任務(wù)：研究測站在地區(qū)上分布的科學性、合理性、最優(yōu)化等問題第一節(jié)水文測站二、水文站網(wǎng)...建站包括選擇測驗河段和布設(shè)觀測斷面選擇測驗河段：保證工作安全和測驗精度，有利于簡化水文要素的觀測和信息的整理分析工作，測站的水位流量之間呈良好的穩(wěn)定關(guān)系（單一關(guān)系）。河道順直、穩(wěn)定、水流集中，河段規(guī)整平原地區(qū)應(yīng)盡量選擇河道順直、穩(wěn)定、水流集中,便于布設(shè)測驗的河段山區(qū)河流應(yīng)在有石梁、急灘、卡口、彎道上游附近規(guī)整河段上選站三、水文測站的設(shè)立第一節(jié)水文測站...布設(shè)觀測斷面：布設(shè)基線、水準點和各種斷面，即基本水尺斷面、流速儀測流斷面、浮標測流斷面及比降斷面第一節(jié)水文測站三、水文測站的設(shè)立...基本水尺斷面：設(shè)立基本水尺,用來進行常規(guī)的水位觀測測流斷面：應(yīng)與基本水尺斷面重合,且與斷面平均流向垂直浮標測流斷面：有上、中、下三個斷面,一般中斷面應(yīng)與流速儀測流斷面重合。上、下斷面之間的間距不宜太短,其距離應(yīng)為斷面最大流速的50~80倍比降斷面：設(shè)立比降水尺,用來觀測河流的水面比降和分析河床的糙率基線：通常與測流斷面垂直,起點在測流斷面線上，其用途是用經(jīng)緯儀或六分儀測角交會法推求垂線在斷面上的位置基本水準點：測定測站上各種高程的基本依據(jù)校核水準點：用來校核水尺零點的高程第一節(jié)水文測站三、水文測站的設(shè)立...駐測：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。這是我國收集水文信息的最基本方式，但存在著用人多、站點不足、效益低等缺點巡測：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)各觀測點進行流量等水文要素的觀測。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。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第一節(jié)水文測站四、收集水文信息的基本途徑...第二節(jié)水文觀測絕對基面：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?；婕俣ɑ妫哼@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件的情況下暫時假定的一個水準基面測站基面：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0.5～1.0m處的水平面作為零點來計算水位高度凍結(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)性水位=水尺零點高程+水尺讀數(shù)水位：指河流、湖泊、水庫及海洋等水體的自由水面離開固定基面的高程一、基本概念...第一節(jié)水文測站一、基本概念...水位觀測設(shè)備：水尺、自記水位計水位觀測內(nèi)容：基本水尺、比降水尺的水位基本水尺的觀測是分段定時觀測。當水位變化緩慢時(日變幅在0.12m以內(nèi))，每日8時和20時各觀測一次(稱2段制觀測，8時是基本時)；枯水期日變幅在0.06m以內(nèi)，用1段制觀測；日變幅在0.12～0.24m時，用4段制觀測；有峰谷出現(xiàn)時，還要加測比降水尺觀測的目的是計算水面比降，分析河床糙率等。其觀測時間和次數(shù)，視需要而定第二節(jié)水文觀測二、水位觀測的儀器...第二節(jié)水文觀測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，有的還能將所觀測的數(shù)據(jù)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...日平均水位月平均水位年平均水位2.計算方法1.關(guān)鍵指標算術(shù)平均法：若一日內(nèi)水位變化緩慢,或水位變化較大,但系等時距人工觀測或從自記水位計上摘錄,采用算術(shù)平均法計算面積包圍法若一日內(nèi)水位變化較大、且系不等時距觀測或摘錄,則采用面積包圍法,即將當日0~24小時內(nèi)水位過程線所包圍的面積,除以一日時間第二節(jié)水文觀測三、水位觀測資料整理...第二節(jié)水文觀測...第三節(jié)流量測驗流量：是單位時間內(nèi)流過江河某一橫斷面的水量,m3/s1.流量2.測流方法流速面積法：流速儀法、航空法、比降面積法、積寬法(動車法、動船法和纜道積寬法)、浮標法(按浮標的形式可分為水面浮標法、小浮標法、深水浮標法等)水力學法：包括量水建筑物和水工建筑物測流化學法：又稱溶液法、稀釋法、混合法物理法：超聲波法、電磁法和光學法一、基本概念...將河道斷面劃分為若干部分，用普通測量方法測算出各部分斷面的面積，用流速儀施測流速并計算各部分面積上的平均流速，兩者的乘積，稱為部分流量，各部分流量之和為全斷面的流量1.測流原理測流工作分為：河道斷面測量、流速測量第三節(jié)流量測驗二、流速儀測流...第三節(jié)流量測驗二、流速儀測流流速分布圖...2.斷面測量斷面測量工作包括水道斷面測量和大斷面測量兩種，水道斷面是指自由水面線與河床線之間的范圍，大斷面為歷年最高洪水位以上0.5～1.0m的水面線與岸線、河床線之間的范圍水道斷面的測量，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水道斷面測量第三節(jié)流量測驗...測深垂線起點距：測深垂線至基線上的起點樁之間的水平距離，常用經(jīng)緯儀、平板儀、六分儀、全球定位系統(tǒng)（GPS）等測量水深一般用測深桿、測深錘或測深鉛魚、超聲波回聲測聲儀等測量水道斷面測量第三節(jié)流量測驗...第三節(jié)流量測驗水深測量...第三節(jié)流量測驗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...第三節(jié)流量測驗交會法經(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(AC)，并用精確方法量出基線的長度L，測角時，將經(jīng)緯儀安放在基線的終點...大斷面測量大斷面：河道水道斷面擴展至歷年最高洪水位以上0.5～1.0m的斷面。水上、水下兩部分大斷面測量是單獨進行的，一般在汛前、汛后或較大洪水過后施測，包括水上及水下兩部分，水下部分同上述水道斷面的施測方法，水上部分采用水準測量方法進行第三節(jié)流量測驗...3.流速測量第三節(jié)流量測驗LS68-2型旋杯式流速儀LS25-1型旋槳式流速儀...第三節(jié)流量測驗3.流速測量各種型號的流速儀...

K---水力螺距，表示流速儀的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，水質(zhì)點的行程長度

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100sC---附加常數(shù)，表示儀器在高速部分內(nèi)部各運動件之間的摩阻，稱儀器的摩阻常數(shù)4.流速測量原理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)速之間的關(guān)系第三節(jié)流量測驗...4.流速測量測速垂線布置測速時，要在測流斷面上選擇若干條垂線作為測速垂線，并在每條測速垂線上選定若干個測點。測速垂線的數(shù)目，視水面寬度、水深和測量精度要求而定，在精測法的要求下，最少測速垂線數(shù)目如表3—2所示。測速垂線的位置以能控制斷面形狀和流速橫向分布為原則進行布設(shè)第三節(jié)流量測驗表3－1我國精測法、常測法最少測速垂線數(shù)目的規(guī)定水面寬(m)＜5.05.0501003001000>1000精測法561012--1515--2015--25>25常測法3--556--87--98--138--13>13...流速測點布置每根垂線上的流速隨水深的不同而異，為求得垂線平均流速，必須在各測速垂線不同水深點上測速。垂線上流速測點的數(shù)目和位置，要根據(jù)水深大小、水流情況、有無冰封等情況決定，但無論用任何方法則流，垂線上流速測點的間距都不宜小于流速儀旋槳、旋葉或旋杯的直徑第三節(jié)流量測驗表3-3流速測點的位置測點數(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0.6或0.5h0.5h...視垂線上布置的測點情況,分別按下列公式進行計算:一點法Vm=V0.6

二點法Vm=0.5*(V0.2+V0.8)三點法Vm=1/3*(V0.2+V0.8+V0.6)

五點法Vm=0.1*(V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0)步驟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式中，Vm為垂線平均流速V0.0、V0.2、V0.6、V0.8、V1.0均為與腳標數(shù)值相應(yīng)的相對水深處的測點流速垂線平均流速的計算第三節(jié)流量測驗...岸邊部分:由距岸第一條測速垂線所構(gòu)成的岸邊部分左岸vl=αVml,右岸vn+1=αVmn。式中，α稱岸邊流速系數(shù),斜坡岸邊α=0.67~0.75,一般取0.70,陡岸α=0.80~0.90,死水邊α=0.60中間部分:由相鄰兩條測速垂線與河底及水面所組成的部分,部分平均流速為相鄰兩垂線平均流速的平均值部分平均流速Vi=0.5*(Vmi-1+Vmi)第三節(jié)流量測驗...部分面積的計算因為斷面上布設(shè)的測深垂線數(shù)目比測速垂線的數(shù)目多,首先計算測深垂線間的斷面面積計算方法：距岸邊第一條測深垂線與岸邊構(gòu)成三角形,按三角形面積公式計算(左右岸各一個）;其余相鄰兩條測深垂線間的斷面面積按梯形面積公式計算。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積相加得出各個部分的部分面積。第三節(jié)流量測驗...部分流量的計算斷面流量及其他水力要素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流量,即qi=Vi×Ai式中,qi、vi、Ai分別為第i個部分的流量、平均流速和斷面積斷面流量斷面平均流速第三節(jié)流量測驗...浮標法測流浮標測流是通過觀測水流夾帶浮標的移動速度求得水面虛流速，利用水面虛流速推求斷面虛流量，然后乘以浮標系數(shù)得測流斷面流量根據(jù)每個浮標的虛流速及浮標通過中斷面的起點，在中斷面圖上繪制虛流速分布圖，由于每個浮標經(jīng)過中斷面時的起點距不是固定的，不能直接求出斷面各垂線上的虛流速，要在虛流速分布圖上內(nèi)插求得。然后根據(jù)斷面垂線的起點距、水深和內(nèi)插求得的虛流量，用上述流速儀測速的流量計算方法，算出測流斷面虛流量，再乘以浮標系數(shù)，即得測流斷面流量第三節(jié)流量測驗...懸移質(zhì)泥沙：泥沙懸浮于水中并隨之運動推移質(zhì)泥沙：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、河流泥沙分類第四節(jié)泥沙測驗及計算...測驗懸移質(zhì)泥沙含沙量，一般運用橫式采樣器和瓶式采樣器。測驗時，先用采樣器在每條垂線上的不同深度處取水樣，然后經(jīng)過量積、沉淀、過濾、烘干、稱重等手續(xù)，可測得水樣體積V和干沙重Ws，各測點含沙量可表示為下式。根據(jù)各相應(yīng)測點的流速加權(quán)可計算垂線平均含沙量計算思路二、懸移質(zhì)泥沙測驗及計算第四節(jié)泥沙測驗及計算...單點含沙量表示垂線平均含沙量表示五點法三點法斷面輸沙率第四節(jié)泥沙測驗及計算...計算思路測驗推移質(zhì)泥沙時，首先在斷面上有推移質(zhì)泥沙的范圍內(nèi)布置若干測線，并盡可能與懸移質(zhì)輸沙率測驗垂線重合。在河底放置采樣器，直接采取推移質(zhì)沙樣。在測定沙樣體積和沙樣干重后，計算垂線的基本輸沙率，從而推算斷面推移質(zhì)輸沙率。垂線基本輸沙率qb可用下式求取式中Wb為推移質(zhì)沙樣重（g），t為取樣歷時(s)，bk為取樣器的進口寬度(cm)三、推移質(zhì)泥沙測驗及計算第四節(jié)泥沙測驗及計算...二、地面水采樣第五節(jié)水質(zhì)監(jiān)測1.采樣斷面和采樣點的設(shè)置在大量廢水排人河流的主要居民區(qū)，工業(yè)區(qū)的上、下游湖泊、水庫、河口的主要出入口舶河流主流、河口、湖泊水庫的代表性位置．如主要的用水地區(qū)等主要文流匯入主流、樹流或沿海水域的匯合...在污染物完全混合的河段中，斷面上的任一位置，都是理想的采樣點；若各水質(zhì)參數(shù)在采樣斷面上，各點之間有較好的相關(guān)關(guān)系，可選取一適當?shù)牟蓸狱c第五節(jié)水質(zhì)監(jiān)測2.采樣垂線與采樣點位置的確定河流上采樣垂線的布置...第五節(jié)水質(zhì)監(jiān)測2.采樣垂線與采樣點位置的確定湖泊(水庫)采樣垂線的分布采樣垂線上采樣點的布置...第五節(jié)水質(zhì)監(jiān)測3.采樣時間和采樣頻率采集的水樣要具有代表性，并能同時反映出空間利時間上的變化規(guī)律為使于進行資料分析，同一江河(湖、庫)應(yīng)力求同步采樣、但不宜在大雨時采樣。在工業(yè)區(qū)或城鎮(zhèn)附近的河段應(yīng)在汛前一次大雨和久旱后第一次大雨產(chǎn)流后，增加一次采樣...第五節(jié)水質(zhì)監(jiān)測4.采樣方法自來水的采集。先放水數(shù)分鐘，使積累在水管中的雜質(zhì)及陳舊水排除后再取樣。樣器須用采集水樣洗滌3次河湖水庫水的采集?？紤]其水深和流量，表層水樣可直接將采樣器放入水面下0.3～0.5m處采樣，采樣后立即加蓋塞緊，避免接觸空氣工業(yè)廢水和生活污水的采集。常用采樣方法有：瞬時個別水樣法；平均水樣法；比例組合水樣法...第六節(jié)水文調(diào)查和遙感目前收集水文資料的主要途徑是定位觀測,由于定位觀測受到時間、空間的限制,收集的資料往往不能滿足生產(chǎn)需要,因此必須通過水文調(diào)查來補充定位觀測的不足流域調(diào)查、水量調(diào)查、洪水與暴雨調(diào)查、其它專項調(diào)查洪水調(diào)查：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)查報告暴雨調(diào)查：暴雨成因、暴雨量、暴雨起訖時間、暴雨變化過程及前期雨量、暴雨走向及當時主要風力變化等一、水文調(diào)查的目的二、水文調(diào)查的內(nèi)容...第六節(jié)水文調(diào)查和遙感歷史洪水調(diào)查...遙感技術(shù)使人們能從宇宙空間的高度上,大范圍、快速、周期性的探測地球上各種現(xiàn)象及其變化。遙感技術(shù)在水文科學領(lǐng)域的應(yīng)用稱為水文遙感流域調(diào)查:根據(jù)衛(wèi)星像片可以準確查清流域范圍、流域面積、流域覆蓋類型、河長、河網(wǎng)密度、河流彎曲度等水資源調(diào)查:使用不同波段、不同類型的遙感資料,容易判讀各類地表水,如河流、湖泊、水庫、沼澤、冰川、凍土和積雪的分布;還可分析飽和土壤面積、含水層分布以估算地下水儲量水質(zhì)監(jiān)測:遙感資料進行水質(zhì)監(jiān)測可包括分析識別熱水污染、油污染、工業(yè)廢水及生活污水污染、農(nóng)藥化肥污染以及懸移質(zhì)泥沙、藻類繁殖等情況三、水文遙感第六節(jié)水文調(diào)查和遙感...洪澇災(zāi)害的監(jiān)測:包括洪水淹沒范圍的確定,決口、滯洪、積澇的情況,泥石流及滑波的情況河口、湖泊、水庫的泥沙淤積及河床演變,古河道的變遷等

降水量的測定及水情預(yù)報:通過氣象衛(wèi)星傳播器獲取的高溫和濕度間接推求降水量或根據(jù)衛(wèi)片的灰度定量估算降水量;根據(jù)衛(wèi)星云圖與天氣圖配合預(yù)報洪水及旱情監(jiān)測三、水文遙感第六節(jié)水文調(diào)查和遙感...第六節(jié)水文調(diào)查和遙感...第六節(jié)水文調(diào)查和遙感...第六節(jié)水文調(diào)查和遙感...1.定義各種水文測站測得的原始數(shù)據(jù),都要按科學的方法和統(tǒng)一的格式整理、分析、統(tǒng)計、提煉成為系統(tǒng)、完整、有一定精度的水文資料,供水文水資源計算、其它科學研究和有關(guān)國民經(jīng)濟部門應(yīng)用。這個水文數(shù)據(jù)的加工、處理過程,稱為水文數(shù)據(jù)處理2.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；編制處理說明書流量資料整編；水位流量關(guān)系的確定；逐時、逐日值的推求3.重點一、背景第七節(jié)水文數(shù)據(jù)處理...1.穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線同一水位只有一個相應(yīng)的流量，它們兩者的關(guān)系成為單一的曲線二、水位流量關(guān)系曲線的確定第七節(jié)水文數(shù)據(jù)處理...2.不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系河槽沖淤影響在控制河段或控制斷面，因沖淤影響而使測站的控制條件發(fā)生了變化，使水位流量關(guān)系不穩(wěn)定。當河床受沖時，斷面面積增大，同一水位的流量變大；當河床受淤時，斷面面積減小，同一水位的流量變小第七節(jié)水文數(shù)據(jù)處理...2.不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系洪水漲落影響洪水波在河道中傳播時，屬于不穩(wěn)定流，產(chǎn)生了附加比降。當漲水時，水面比降較穩(wěn)定流時的水面比降大，同一水位的流量也就增大；退水時，流量則減小，致使一次洪水過程的水位流量關(guān)系渠線依時序形成一個逆時針方向的繩套曲線第七節(jié)水文數(shù)據(jù)處理...2.不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系變動回水影響由于測流斷面下游的干支流漲水，下游閘門關(guān)閉及結(jié)冰等影響，引起回水頂托，導(dǎo)致水面比降發(fā)生改變?；厮斖杏鷩乐兀姹冉底兊糜?，同水位的流量較穩(wěn)定流時減小較多。回水頂托影響的水位流量關(guān)系點據(jù)偏向穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的左邊第七節(jié)水文數(shù)據(jù)處理...處理方法當水位流量關(guān)系受多種因素混合影響而連續(xù)變化時，常采用“連時序法”確定水位流量關(guān)系曲線連時序法是按實測流量點子的時間順序來連接水位流量關(guān)系曲線。其要求是測流次數(shù)較多，能反映水位流量關(guān)系變化的轉(zhuǎn)折點，依照測點的時序，就可從曲線上推求各個時期的流量第七節(jié)水文數(shù)據(jù)處理...測站測流時,由于施測條件限制或其他種種原因,致使最高水位或最低水位的流量缺測或漏測。為取得全年完整的流量過程,必須進行高低水時水位流量關(guān)系的延長1.目的高水延長：影響洪水流量過程，包括洪峰。延長幅度不應(yīng)超過當年實測流量所占水位變幅的30%低水延長：相對誤差較大且影響歷時長。延長幅度不超過10%三、水位