1、第三章 河川水文測驗,本章重點： 1.水位測站的分類，基本水文測站布設的內容； 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系，水位流量關系曲線的高、低水位延長 。,水文資料的來源,一、水文站觀測資料 二、洪水調查資料 三、文獻考證資料,一、水文站觀測資料,一定時期內連續(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、洪水調查資料,三、文獻考證資料,我國很多歷史文獻

2、，比如地方志、縣志等，都有洪水和干旱的災情記載，為洪水調查提供線索 。,第一節(jié) 水文測站,在流域內一定地點(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。,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、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,按測站的性質分,二、測站的布設,1. 測驗河段的選擇,1）布設基線和基本測流斷面 2）布設浮標測流斷面和比降斷面 3）設立水準基點及水尺 4）儀器及工具設置 5）其他,3. 航道勘測中臨時水文站的布設,2. 基本水文站的

3、布設,第二節(jié) 水位觀測,一、水位觀測設備及其布置,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，作為水準基面?，F(xiàn)在統(tǒng)一規(guī)定的基面為青島黃?；?。,注意:使用水位資料時一定要查清其基面。,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，水文預報中的上、下游水位相關法等。,(3)水位觀測的作用：,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、公路路面標高的確定；,（4） 觀測水位的設備,.水尺,水位 = 水尺零點高程 + 水尺讀數(shù),水尺零點高程可

4、以預先測量出來,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公里的測驗河段內共布設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、水位觀測的內容和要求,（1） 水位站的水位觀測內容和要求,1） 觀測時段要求 2） 比降

5、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）算術平均法,2）面積包圍法,（2） 編制“逐日平均水位表”,長江 站逐日平均水位表 凍結基面高程0.168m（吳淞基面）,1974年,水位以m計,（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,學會和各種人愉快的相處,第三節(jié) 流量測驗 問題：

6、 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？,學習要求 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，水準測量。 穩(wěn)定河床每年汛前復測；不穩(wěn)定河床汛前、后或大

7、洪水后復測。 （一）、水深測量 1、 測深垂線布線：控制河床轉折變化。 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,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。,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,結論：要獲得某時刻斷面平均流速，必須： 1、沿斷面布

8、設若干條測速垂線，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儀器轉速。 2、非轉子式：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 （

9、1）點流速測量 測流斷面某測速垂線某相對水深點測60100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。,我國精測法、常測法最少測速垂線數(shù)目的規(guī)定,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

10、,- 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

11、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。,聲學多普勒剖面流速儀,ADCP無線電遙控作業(yè),距離 = 3m,Depth,0.2,0.2,0.1,走航測量：,距離= 9m,Depth,走航測量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,距離= 27m,Depth,走航測量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3

12、,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,距離= 39m,Depth,走航測量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8

13、,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,距離= 57m,走航測量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0

14、.8,0.8,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,1.0,1.0,1.0,0.9,1.0,0.9,0.7,0.7,0.5,0.5,0.4,0.4,0.2,0.2,0.9,0.8,0.8,0.6,0.5,0.4,0.2,0.8,0.8,0.7,0.5,0.4,0.7,0.7,0.6,0.4,0.3,0.6,0.4,0.3,0.2,0.4,0.3,0.2,0.2,0.1,相應水位計算 相應水位與測得的流量相對應的水位 方法： 1、算術平均法：取測流始、

15、終水位算術平均值。 2、b vm加權平均法,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水位,三、浮標測流 1、投放浮標 沿浮標上斷面按流速儀法測流垂線相當位置投放若干浮標， 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Qfqfi(計算同流速儀法，斷面借用） 3、斷面流量 QKfQf 式中Kf浮標系數(shù)，由實測浮標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

16、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（20.5cm）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： 當若dZ=0.01m, Z=0.1m 時，流量相對誤差dQ/Q=5%,第四節(jié) 水位流量關系曲線,一、水位流量關系曲線的繪制,1. 穩(wěn)定良好的水位流量關系曲線,2. 不穩(wěn)定的水位流量關系曲線,1）洪水漲

17、落的影響,2）回水變動的影響,3）河床沖淤影響,二、水位流量關系的延長,1）水位面積流速關系延長法,1. 水位流量關系曲線高水位延長方法,2）水力學公式延長法,3）史蒂文森法（ 延長法）,2. 水位流量關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）,水文信息自動傳輸系統(tǒng)的基本結構,3S技術及其在水文信息采集中的應用,GPS (全球定位系統(tǒng)) 1 什么是“3S”技術 RS (遙 感 技 術) GIS (地理信息系統(tǒng)) 2 “3S”技術在水文信息采集中的應用 流域普查； 水資源調查； 降水量遙感； 水質污染監(jiān)測； 洪澇災害監(jiān)測和洪災損失調查； 水土流失、河流淤積、河床演變。,【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?；?2.水文