1、1,水文信息技術(shù),Hydrologic information technology,2,第三章 水位觀測,本章內(nèi)容,3,第一節(jié) 概述,本章內(nèi)容可參考水位觀測標(biāo)準(zhǔn)GBJ138-90,水位站的站址選擇,應(yīng)滿足建站的目的和觀測精度的要求，選擇觀測方便和靠近城鎮(zhèn)或居民點的地點，并應(yīng)符合下列規(guī)定：,河道水位站，宜選擇在河道順直、河床穩(wěn)定、水流集中的河段。,湖泊出口水位站，應(yīng)設(shè)在出流斷面以上水流平穩(wěn)處。,4,河口潮水位站，宜選在河床平坦、不易沖淤、河岸穩(wěn)定、不易受風(fēng)浪直接沖擊的地點。,基面的確定,水位觀測采用的基面，應(yīng)符合下列規(guī)定：,已設(shè)水位站，應(yīng)將原用的基面凍結(jié)下來，作為凍結(jié)基面。,堰閘水位站和湖泊水

2、庫內(nèi)的水位站，宜選在岸坡穩(wěn)定，水位有代表性的地點。,5,水位站已采用測站基面的，可繼續(xù)沿用。,水位站采用的凍結(jié)基面，應(yīng)盡快與現(xiàn)行的國家高程基面相連結(jié)。各項水位、高程資料中，應(yīng)寫明本站采用的基面與國家高程基面之間的換算關(guān)系。,新設(shè)站，應(yīng)采用與上下游測站相一致的基面，并作為本站的凍結(jié)基面。,6,水準(zhǔn)點的設(shè)置,測站水準(zhǔn)點的設(shè)置，應(yīng)符合下列規(guī)定：,基本水準(zhǔn)點，應(yīng)設(shè)在測站附近歷年最高水位以上，地形穩(wěn)定、便于引測保護(hù)的地點。,當(dāng)測站附近有國家水準(zhǔn)點時，可設(shè)置一個基本水準(zhǔn)點；當(dāng)測站與國家水準(zhǔn)點接測困難時，應(yīng)在不同的位置設(shè)置三個基本水準(zhǔn)點，并應(yīng)選擇其中一個為常用水準(zhǔn)點；,7,當(dāng)基本水準(zhǔn)點離水尺斷面較近時，可不

3、設(shè)置校核水準(zhǔn)點。反之，設(shè)置校核水準(zhǔn)點。校核水準(zhǔn)點應(yīng)設(shè)在便于引測和穩(wěn)定的地點；,測站水準(zhǔn)點應(yīng)統(tǒng)一編號，保持不變。,8,水尺斷面的布設(shè),基本水尺斷面的布設(shè)應(yīng)符合下列規(guī)定：,河道水位站的基本水尺斷面，應(yīng)設(shè)在順直河段的中間，并與流向垂直。,堰閘水位站的上游基本水尺斷面，應(yīng)設(shè)在堰閘上游水流平穩(wěn)處，與堰閘的距離不宜小于最大水頭的35倍。下游基本水尺斷面，應(yīng)設(shè)在閘下游水流平穩(wěn)處，距消能設(shè)備末端的距離不宜小于消能設(shè)備總長的35倍。,9,水庫水位站的基本水尺，應(yīng)設(shè)于壩上游水流平穩(wěn)處。當(dāng)壩上水位不能代表閘上水位時，應(yīng)另設(shè)閘上水尺；當(dāng)需用閘壩下游水位推流時，應(yīng)在鄰近下游水流平穩(wěn)處設(shè)置水尺斷面。,湖泊水位站的基本水尺

4、斷面，應(yīng)設(shè)于有代表性的水流平穩(wěn)處。,10,比降水尺斷面的布設(shè)應(yīng)符合下列規(guī)定：,要求進(jìn)行比降觀測的站，應(yīng)在基本水尺斷面的上下游設(shè)置上下比降水尺斷面。當(dāng)受地形限制時，可用基本水尺斷面兼作比降上或下斷面。,比降水尺斷面應(yīng)設(shè)在順直河段上。上下比降斷面間不應(yīng)有水流入或分出，河底和水面比降不應(yīng)有明顯的轉(zhuǎn)折。上下比降斷面的間距應(yīng)使測得比降的綜合不確定度不超過15%。,比降斷面間距的測量，往返不符值應(yīng)小于測段距離的0.001。,11,一、水位 stage,江、河、湖、庫等水體的自由表面相對于某一基面的高程。,水位觀測目的,水位是堤防、水庫、電站、堰閘、排澇、航道、橋梁等工程規(guī)劃、設(shè)計的基礎(chǔ)資料；水位是防汛、抗

5、旱的主要依據(jù)。,水位是推算其他水文要素（如流量）的間接資料；水位用于計算比降等。,12,水位觀測要求,水位平穩(wěn)時，每日8時觀測一次；水位變化緩慢時，每日8時、20時觀測2次；,水位變化較大或出現(xiàn)較緩慢的峰、谷時，每日2時、8時、14時、20時觀測4次；,洪水期或水位變化急劇時期，每16小時觀測一次；,水位暴漲暴落時，應(yīng)根據(jù)需要增為每半小時或若干分鐘觀測一次。,13,黃海平均海平面我國海拔高程基準(zhǔn)面,14,二、基面 datum,基面是確定水位、高程零點的水平面。,分類,絕對基面 absolute datum,以某一海濱地點的特征海平面為基準(zhǔn)面。,現(xiàn)在統(tǒng)一采用青島黃?；鏋榻^對基面。,絕對基面、假

6、定基面、測站基面、凍結(jié)基面。,15,水準(zhǔn)零點銅塑下面鉛錘的尖部所指的地方就是“中華人民共和國水準(zhǔn)零點”,16,假定基面 arbitrary datum,若水文測站附近沒有國家水準(zhǔn)點，此時假定的一個水準(zhǔn)基面。,如：假定水準(zhǔn)點高程為100.000m，則該站的假定基面就在該基本水準(zhǔn)點垂直向下100米處的水準(zhǔn)面上。,17,測站基面 station datum,以測站河床最低點以下0.51.0m處的水平面為基面，或以測站歷年最低水位以下0.51.0m處的水平面為基面。,18,凍結(jié)基面 stationary datum,以測站第一次使用的水準(zhǔn)面作為基面。,19,三、觀測水位設(shè)備、方法,1、直接觀測（人工觀

7、測）,儀器,水尺是每個水位觀測點必須的測量設(shè)備 。,以人工觀測水尺讀數(shù)作為水位的約定真值，其他水位儀器的水位校核都以水尺為依據(jù)。,水尺的最小刻度為1cm。,20,水尺布設(shè)要求,布設(shè)位置：便于觀測人員接近，直接觀讀水位。避開渦流、回流、漂浮物等影響。風(fēng)浪較大地區(qū)，必要時采用靜水設(shè)施。,布設(shè)范圍：高于測站歷年最高、低于測站歷年最低水位0.5m。,特點,簡單、準(zhǔn)確、可靠。不能自動化。,21,各比降水尺，當(dāng)不能設(shè)置在同一斷面上時，偏離斷面距離不超過5cm；任何兩水尺順流向距離不超過上、下比降斷面間距的1/200。,相鄰兩水尺的觀測范圍有0.10.2m的重合。當(dāng)風(fēng)浪經(jīng)常較大時，可適當(dāng)放大至0.4m。,各

8、水尺設(shè)置在同一斷面上。因地形等原因不能在同一斷面上時，最上游與最下游水尺之間的同時水位差不超過1cm。,22,直立式水尺 vertical gauge,垂直于水平面設(shè)置的一種固定水尺。,選擇水尺形式時，應(yīng)優(yōu)先選用直立式水尺。,直立式、傾斜式、矮樁式、懸錘式。,水尺的類型,23,宜昌水文測驗斷面,24,宜昌水文測驗斷面水位比測,25,組成,水尺樁、水尺板。,水尺板固定在水尺靠樁上。,26,水尺樁可采用木材、鋼管、水泥等材料制成，水尺樁要求牢固，避免發(fā)生下沉。,水尺板通常是長1m（不超過2m）、寬810cm的搪瓷板、木板或合成材料制成。,要求,27,水尺板安裝后，用四等水準(zhǔn)測量的要求測定每支水尺的

9、零點高程（elevation of gauge zero）。,讀取水尺板上的水位數(shù)值后，加上該水尺的零點高程，即得觀測的水位值。,（水尺的零點高程應(yīng)記至毫米。當(dāng)對計算水位無特殊要求時，可按四舍六入法則取至厘米。）,28,傾斜式水尺 inclined gauge,沿穩(wěn)定的岸坡，或水工建筑物邊壁的斜面設(shè)置。,安徽阜南王家壩閘口水尺,當(dāng)直立式水尺設(shè)置或觀讀有困難，而斷面附近有固定的岸坡或水工建筑物的護(hù)坡時，可選用傾斜式水尺。,29,30,特點,耐久、不易沖毀；水尺零點高程不易變動。,多沙河流上，水尺刻度容易被淤泥遮蓋。,31,矮樁式水尺 stake gauge,由設(shè)置在斷面上的一組固定矮樁和便攜測尺

10、組成。,樁頂高程,32,測量水位時，將水尺直立于樁頂，根據(jù)水尺的讀數(shù)和樁頂高程確定水位。,易受流冰、航運、浮運或漂浮物等沖擊，以及岸坡十分平坦，且不易淤積的斷面，選用矮樁式水尺。,33,布設(shè),矮樁入土深11.5m 。樁頂高出河床520cm，樁頂面有一圓形水準(zhǔn)基面，用于放置水尺。,兩相鄰樁頂高差宜在0.40.8m之間，平坦岸坡宜在0.20.4m之間，測尺一般用硬質(zhì)木料做成。,34,懸錘式水位計 wire weight gauge,由一條帶有重錘的測繩或鏈構(gòu)成。,KL010接觸測量法便攜式水位測定儀,35,用于從水面以上某一已知高程的固定點測量離水面的豎直高差來計算水位。,懸錘式水尺常帶有接觸水面

11、的指示器。,懸錘式水位計，適用于斷面附近有堅固陡岸、橋梁或水工建筑物的岸壁可以利用的測站。,36,37,38,填表說明：,風(fēng)及起伏度：風(fēng)向用箭頭表示，風(fēng)力的級數(shù)記在箭尾處，水面起伏度記在箭頭處。如：右前方吹來二級風(fēng)，在水尺處有起伏約5cm的波浪，記為 “12”。當(dāng)水尺處的波浪不是由風(fēng)力產(chǎn)生（觀測當(dāng)時無風(fēng)），可只記水面起伏度，例如 “1”。,39,按河流流向，面向下游，從上游吹來的風(fēng)為“順風(fēng)”，從下游吹來的風(fēng)為“逆風(fēng)”，從左岸吹來的風(fēng)為“左岸風(fēng)”，從右岸吹來的風(fēng)為“右岸風(fēng)”。以箭頭表示。,河道、堰閘站及水庫壩下游斷面的風(fēng)向記法：,40,水庫、湖泊和潮水位站的風(fēng)向，應(yīng)以磁方位表示：,41,水面起伏

12、度，應(yīng)以水尺處的波浪變幅為準(zhǔn)，按下表規(guī)定記載。,42,浮子式水位計 float-type stage gauge,適用于可修建測井、無封凍、河床無較大沖淤變化的測站。,應(yīng)設(shè)置在岸邊順直、水位代表性好，不易淤積 ，主流不易改道的位置，應(yīng)避開回水和受水工建筑物影響的地方。,浮子式自記水位計由自記儀、自記臺兩部分組成。,由浮子、懸索、水位輪、平衡錘、傳動部分、記錄裝置、測井等組成。,43,測井作用：減小或消除河道中波浪對水位觀測的影響。,44,廣東茂名水文站的水位自記臺,45,自記儀組成結(jié)構(gòu)： 水位傳感器、水位編碼器、記錄器、電源。,46,水位編碼器：浮子式水位傳感器的轉(zhuǎn)換器件，它完成水位參數(shù)的信源

13、編碼，并將水位量或水位變化量轉(zhuǎn)換為電信號輸出。,分辨力：0.1cm，0.5cm，1 cm。,測量范圍：010m。,47,水位的變動傳輸?shù)礁袘?yīng)器的浮子滑輪上，通過轉(zhuǎn)動系統(tǒng)被轉(zhuǎn)換為電信號。測量值最終以電信號的形式輸出。,48,用于地表水或地下水水位測量。,壓力式水位計 pressure-type stage gauge,適用于無法建水位井，或建井難度較大的地區(qū)。,測量單元中的微處理器可消除水溫或密度變化造成的影響。,UXILY型靜壓式水位傳感器,49,原理,通過測量靜水壓力來測量水位。,測點水位,測量精度受到大氣壓力變化、波浪影響、流速影響、含沙量影響、水的含鹽度、壓力傳感器的性能變化等的影響。,

14、特點,壓力傳感器的零點高程,測點的靜水壓力,50,壓力式水位計對內(nèi)陸地區(qū)的水位觀測較為可靠，在沿海河口地區(qū)，由于淡水與海水的混合，水的比重經(jīng)常變化，精度難以保證。,51,超聲波水位計 ultrasonic stage gauge,52,黃河上超聲波水位計,53,超聲波式自計水位計,54,類型,原理,將換能器安裝在水下或水上，通過發(fā)射、接收超聲波來測量水位。,液介式超聲波水位計 liquid medium ultrasonic stage gauge,氣介式超聲波水位計 gas medium ultrasonic stage gauge,55,氣介式，測點水位,液介式，測點水位,超聲波換能器發(fā)射

15、面的高程；,超聲波往返傳播所需要的時間；,超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。,56,組成,換能器、傳感器、收發(fā)控制部分等。,性能指標(biāo),液介式： 0.8m5m； 0.8m10m。,氣介式：0.5m5m； 0.5m10m。,測量范圍,分辨力：0.5cm，1cm。,57,液介式：聲道應(yīng)無嚴(yán)重氣泡，水中無水草及大的懸浮物。流速不大于3.5m/s，含沙量不大于10kg/m3。,氣介式：聲道附近應(yīng)沒有非自然性的熱輻射源。,工作環(huán)境,58,OTT RLS雷達(dá)水位計,采用脈沖雷達(dá)技術(shù)測量水位。,測量水位時，發(fā)射天線發(fā)射雷達(dá)脈沖信號到水面，信號經(jīng)水面反射后，被接收天線檢測到。,59,日平均水位,備注,總數(shù),積數(shù),權(quán)數(shù),

16、改正后水位,水位改正數(shù),校核水尺水位,紙上水位,時：分,日,60,填表說明：,自記類型：測站使用的自記水位計類型。如 浮子式（日記）、壓阻式（月記）等。,紙上水位：自記紙上讀得，并經(jīng)時間訂正后的水位。,校核水尺水位：從基本水尺水位記載表內(nèi)摘錄。,61,3、水尺觀測水位的規(guī)定,基本觀測時間為每日8時；,應(yīng)讀記至1cm。當(dāng)上下比降斷面的水位差小于0.20m時，比降水位應(yīng)讀記至0.5cm；,測次根據(jù)河流特性及水位漲落情況合理分布：,能測到完整水位過程，滿足日平均水位計算、各項特征值、水文資料整編和水情拍報要求。,在峰、谷轉(zhuǎn)折處，應(yīng)安排測次。,62,當(dāng)水位的漲落需要換水尺觀測時，應(yīng)對兩相鄰水尺同時比測

17、一次。,水位漲落急劇時，加密測次。,63,習(xí)題11,1、水位、四種基面。,2、水位觀測的兩種方法及各自使用的儀器種類、特點。,3、超聲波水位計的原理、適用情況。,4、水尺觀測水位的要求。,64,第二節(jié) 水位觀測結(jié)果的計算,一、觀測水位計算,水位=水尺讀數(shù)+水尺的零點高程,水位=水位+水位的增量,直接觀測的,間接觀測的,65,二、日平均水位計算,1、算術(shù)平均法 arithmetic mean method,適用條件：等時距觀測或日水位變化緩慢。,n為一日內(nèi)的測次。,日平均水位中的“日”為0 24時。,日平均水位計算方法：算術(shù)平均法、加權(quán)平均法（面積包圍法）。,66,2、加權(quán)平均法 weighte

18、d mean method,s為024時內(nèi)水位過程線下的面積。,當(dāng)算術(shù)平均法的計算結(jié)果與面積包圍法相比，超過2cm時，應(yīng)采用面積包圍法。,67,三、水位變化緩急的判斷,為滿足日平均水位計算精度，基本水尺水位觀測次數(shù)規(guī)定：,水位平穩(wěn)時（日變幅小于6cm ），每日8時觀測一次。,水位變化緩慢時（日變幅小于12cm） ，每日8時、20時觀測二次。,68,結(jié)冰、流冰、冰凌堆積冰塞的時期，應(yīng)增加測次。,上、下游受人類活動影響或分洪決口造成水位變化，應(yīng)及時增加測次。,洪水期或水位變化急劇時期，可每小時觀測一次。暴漲、暴落時，根據(jù)需要增為每半小時或若干分鐘觀測一次。,水位變化較大（日變幅小于24cm）或出現(xiàn)

19、較緩慢的峰、谷時，每日2時、8時、12時、20時觀測4次。,69,受變動回水影響，需要比降資料推算流量的測站，應(yīng)在測流和觀測基本水尺水位的同時，觀測比降水尺水位。,需要河床糙率資料時，應(yīng)在測流的始、末，觀測比降水尺水位。,采用比降面積法推流的測站，應(yīng)按流量測次的要求觀測比降水尺水位，并同時觀測基本水尺水位。,四、比降的觀測和計算,1、比降水尺水位觀測的規(guī)定,70,應(yīng)由兩名觀測員同時觀測比降水尺水位。,水位變化緩慢時，可由一人觀測。觀測步驟：,再返回觀讀一次上（或下）比降水尺；,觀讀上（或下）比降水尺后，再觀讀下（或上）比降水尺；,取上（或下）比降水尺的平均值作為下（或上）比降水尺的同時水位。,

20、71,觀測比降,72,2、比降（slope）的計算,水面比降應(yīng)以萬分率表示。,、 上，下比降水尺斷面水位,上、下比降水尺斷面間距,73,74,填表說明：,上下比降水尺：根據(jù)實際觀測方法、次序，分別將 “上” 或 “下” 劃去 。,上下比降水尺讀數(shù)：兩人同時觀讀上下比降水尺時，“第二次讀數(shù)” 、“讀數(shù)平均”可不填。用自記水位計觀測時，其 “讀數(shù)” 、 “讀數(shù)平均” 可不填。用自記水位計觀測時， “讀數(shù)”、 “風(fēng)及起伏度”可不填，水位可由自記水位摘錄表中抄錄。上下比降水尺分別由兩人觀測時，應(yīng)分別記載，觀測后，再將其中一本的觀測記錄抄入另一本中。,75,水位差：上下比降水尺同時水位相減。,76,第三

21、節(jié) 水位資料整編,一、水位資料整編的內(nèi)容,考證水尺零點高程；,繪制逐時、逐日平均水位過程線；,數(shù)據(jù)整理；,整編逐日平均水位表，水位站可整編洪水水位摘錄表；,單站合理性檢查；,編制水位資料整編說明表。,hydrologic data processing,77,考證水尺零點高程,當(dāng)水準(zhǔn)點高程變動、水準(zhǔn)測量錯誤、水尺被撞或冰凍上拔等引起水尺零點高程變動時，應(yīng)對水尺零點高程進(jìn)行考證。,當(dāng)出現(xiàn)水尺零點高程變動、短時間水位缺測或觀測錯誤時，必須對觀測水位進(jìn)行改正或插補。,78,尋找水準(zhǔn)點埋設(shè)日期,79,數(shù)據(jù)整理,內(nèi)容：水位改正、水位插補。,水位插補三種方法：,缺測期間，水位變化平緩，或雖變化較大但缺測前

22、后水位漲落趨勢一致。,直線插補法,適用條件,插補方法,用缺測時段兩端的觀測值，按時間比例內(nèi)插。,80,按直線規(guī)律插補各缺測日的日平均水位：,其中,81,過程線插補法,缺測期間，水位有起伏變化，如果上游站或下游站區(qū)間徑流增減不多、沖淤變化不大，水位過程線大致相似。,參照上游站或下游站水位的起伏變化，勾繪本站過程線。當(dāng)洪峰起漲點水位缺測時，根據(jù)起漲點前后水位的落漲趨勢勾繪過程線插補。,適用條件,插補方法,82,相關(guān)插補法,缺測期間水位變化較大，或不具備上述兩種插補方法的條件，且本站與相鄰站的水位之間關(guān)系密切。,相關(guān)分析法插補。,適用條件,插補方法,相關(guān)曲線可用同時水位或相應(yīng)水位點繪。如當(dāng)年資料不足，可借用往年水位過程相似時期的資料。,83,下斷面水位,時間,上斷面水位,時間,相應(yīng)水位,84,2、逐日平均水位表的編制,月、年平均水位計算,各種保證率水位的統(tǒng)計,保證率水位：一年中，有多少天的日平均水位等于或高于某一水位，此水位稱為相應(yīng)的保證率水位；這一天數(shù)稱為該水位的保證率。,85,水位的保證率的計算方法：,將一年365天日平均水位從大到小排序后，某一水位的排序號即為該水位的保證率。,水位的保證率越小，水位越大。,86,年份： 測站編碼： 表內(nèi)水位(凍結(jié)基面以上米數(shù)) m= m 基面以上米數(shù),日期,最低,日期,最高