1、第三章 河川水文测验,本章重点：1.水位测站的分类，基本水文测站布设的内容； 2.水位观测仪器、方法及水位资料的整编； 3.断面测量、流速仪测速及流量计算； 4.各种条件下水位流量关系，水位流量关系曲线的高、低水位延长 。,水文资料的来源,一、水文站观测资料二、洪水调查资料三、文献考证资料,一、水文站观测资料,一定时期内连续实测的资料，能较为真实地反映客观实际，是水文分析计算的主要依据。,对于缺乏水文站观测资料的河流，洪水调查是搜集水文资料的基本方法；对于有长期观测资料的河流，洪水调查资料也是重要的补充，可以提高水文分析和计算的精度。,二、洪水调查资料,三、文献考证资料,我国很多历史文献，比如
2、地方志、县志等，都有洪水和干旱的灾情记载，为洪水调查提供线索 。,第一节 水文测站,在流域内一定地点(或断面)按统一标准对所需要的水文要素作系统观测以获取信息并进行处理为即时观测信息，这些指定的地点称为水文测站。,水文测站所观测的项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等。,一、水文站的分类,1）基本站,2）实验站,3）专用站,按其主要观测项目分,按测站的性质分,二、测站的布设,1. 测验河段的选择,1）布设基线和基本测流断面 2）布设浮标测流断面和比降断面 3）设立水准基点及水尺 4）仪器及工具设置 5）其他,3. 航道勘测中临时水文站的布设,2. 基本水文站的布设,
3、第二节 水位观测,一、水位观测设备及其布置,1、水位观测,(1)水位：是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以m计。,(2)使用基面,绝对基面：将某一海滨地点平均海水面的高程定为0.000m，作为水准基面。现在统一规定的基面为青岛黄海基面。,注意:使用水位资料时一定要查清其基面。,为推求其他水文数据而提供间接运用资料，如水资源计算，水文预报中的上、下游水位相关法等。,(3)水位观测的作用：,直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独使用价值的资料，如堤防、坝高、桥梁及涵洞、公路路面标高的确定；,（4） 观测水位的设备,.水尺,水位 = 水尺零点高程 + 水尺读数,水尺零点高程可以预先
4、测量出来,自记水位计 自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来，不遗漏任何突然的变化和转折.,人工观测,水尺测量,接触式水位测量,自动记录,浮子式水位计,压力式水位 固态存贮,超声波水位计,（5）水位的观测,水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。,a）直立式水尺 b）倾斜式水尺,直立式水尺,雷达水位计,超声波水位计,遥测水位系统,多功能水位采集平台,遥测水位计,水情数据采集柜,遥测水位接收终端,在上下50公里的测验河段内共布设12处遥测水位计，实时将数据传输到水文站中心机房遥测水位接受机。,2、水位观测的内容和要求,（1） 水位站的水位观测内容和要求,1） 观测时段要求 2） 比降水尺的
5、水位观测要求 3） 精度要求 4） 在施测流速、流向和泥沙时，亦需同时观测基本水尺水位,（2） 港口、航道测设中的临时水位观测,1） 险滩整治和新建港区的临时水位观测 2） 沿河同步水位观测,3、水位观测资料的整理,(1) 日平均水位计算,1）算术平均法,2）面积包围法,（2） 编制“逐日平均水位表”,长江 站逐日平均水位表 冻结基面高程0.168m（吴淞基面）,1974年,水位以m计,（3） 日平均水位过程线及日平均历时曲线绘制,长江 站1974年日平均水位历时曲线统计表,长江 站1974年日平均水位过程线、历时曲线,保持自己的一颗童心,学会和各种人愉快的相处,第三节 流量测验 问题：1、流
6、量是什么？2、如何能观测到某一河流断面某时刻的流量？3、如何能得到某一河流断面流量的时间变化过程？4、如何能得到某一河流沿程各任意断面的瞬时流量及时间变化过程？,学习要求 理解断面流量特点。掌握断面测量（包括水深和起点距的测量）、流速测量、流量计算的步骤和方法。重点：流速仪测流方法。,测流原理,流速仪法是用流速仪测定水流速度，并由流速与断面面积的乘积来推求流量的方法。它是目前国内外广泛使用的测流方法，也是最基本的测流方法。,因此流速仪测流工作包括断面测量和流速测量两部分工作。,一、大断面测量 测量不同高程下的河道断面面积，水准测量。稳定河床每年汛前复测；不稳定河床汛前、后或大洪水后复测。 （一
7、）、水深测量 1、 测深垂线布线：控制河床转折变化。 2、 测深方法：测杆、测锤、测深铅鱼、悬索、超声波等。 （二）、起点距测定 1、断面索观读 2、平面交会：经纬仪、平板仪、六分仪 3、GPS（全球定位系统）,断面测量,水深测量,通常用测深杆、测深锤、铅鱼直接测出每根测深垂线的水深。当水很深、流速很大时，可用回声测深仪测量水深。同时观测水位，水位减去水深即为河底高程。,起点距的测定,起点距：垂线至基线上的起点桩之间的水平距离。,3. 横断面图的绘制,二、断面流速特点 1、流速脉动（紊动） 3、纵向分布 2、横向分布,河岸,结论：要获得某时刻断面平均流速，必须： 1、沿断面布设若干条测速垂线，
8、控制流速横向变化，线越多精度越高； 2、每条垂线布设若干测点，控制流速纵向变化，点越多精度越高； 3、每点测速应有一定历时以减少流速脉动影响。 4、测流历时不能太长，否则无法反映断面瞬时流速（尤其洪水期）。,三、 流速仪测流 （一）流速仪1、转子式：旋浆式（高速）、旋杯式（低速） 流速计算公式如：V=Kn+c 其中：系数K、c 出厂时实验确定；n仪器转速。 2、非转子式：多普勒剖面流速仪（ADCP) 3、超声波流速仪,流速仪是一种专门测定水流速度的仪器。目前我国使用最多的是重庆水文仪器厂生产的LS68-2型旋杯式流速仪和LS25-1型旋桨流速仪。,（二）流速仪法测流 （1）点流速测量测流断面某
9、测速垂线某相对水深点测60100秒。垂线数，测点数及测点相对水深参照规范选择。,（2）流速测量,流速仪只能测得某点的流速，首先在断面上布设一些测速垂线（一般在测深垂线中选择若干条同时兼作测速垂线），在每一条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速，最后根据测点流速求得测线流速，再由测线流速求得部分面积流速，进而推得断面流量。,我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定,流速测点的位置,(3)流量计算,1.垂线平均流速的计算,一点法：,二点法：,三点法:,1、线流速的计算（点流速线流速）,五点法：,2.部分面积平均流速的计算,线流速部分流速,- 中间部分面积平均流速的计算,- 岸边部分面积平均流速的
10、计算,相邻取平均值,乘以折算系数,- 部分面积的计算,起点距、水深测深垂线间面积部分面积,部分面积是以测速垂线为分界,岸边部分按三角形计算，中间部分按梯形计算。,- 部分流量的计算,部分流速、部分面积部分流量,- 断面流量及其他水力要素的计算,断面面积A:,断面流量Q:,部分流量断面流量,断面平均流速V:,断面平均水深h:,流速仪法测算流量的步骤,（1）布设一定数目的测深垂线（部分测深垂线兼做测速垂线），测量垂线的起点距和水深，根据起点距和水深计算“测深垂线间面积”、“部分面积（测速垂线间面积）”（岸边部分按三角形计算、中间部分按梯形计算）；,（2）在测速垂线上布设测点，测量点流速，然后由点流
11、速计算线流速（ ），再由线流速计算部分流速（按测速垂线划分）（岸边部分乘以折算系数、中间部分相邻取平均值）；,（3）根据“部分面积”和“部分流速”计算 “部分流量（部分面积乘以部分流速得部分流量），然后计算断面流量（部分流量之和得断面流量）及其它水力要素。,声学多普勒剖面流速仪,ADCP无线电遥控作业,距离 = 3m,Depth,0.2,0.2,0.1,走航测量：,距离= 9m,Depth,走航测量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,距离= 27m,Depth,走航测量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0
12、.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,距离= 39m,Depth,走航测量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7,0
13、.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,距离= 57m,走航测量：,0.2,0.2,0.1,0.3,0.3,0.3,0.2,0.3,0.4,0.4,0.5,0.4,0.5,0.4,0.3,0.3,0.2,0.3,0.5,0.6,0.7,0.6,0.6,0.6,0.5,0.5,0.4,0.4,0.3,0.3,0.2,0.8,0.8,0.8,0.8,0.7,0.7
14、,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,相应水位计算 相应水位与测得的流量相对应的水位 方法： 1、算术平均法：取测流始、终水位算术平均值。 2、b
15、vm加权平均法,式中 bi 第i条测速垂线代表的部分河宽vmi 第i条测速垂线流速Zi 第i条测速垂线测流相应水位,三、浮标测流 1、投放浮标沿浮标上断面按流速仪法测流垂线相当位置投放若干浮标，大洪水时只在中泓投放或用天然漂浮物 2、测得测速垂线流速虚流速 Vf 2、断面虚流量Qfqfi(计算同流速仪法，断面借用） 3、断面流量 QKfQf 式中Kf浮标系数，由实测浮标虚流量与同时流速仪精测流量比测资料分析确定。,自动浮标投放器,四、其它流速面积法 （一）缆道积宽法 用缆道输送流速仪沿断面横渡连续测流推求断面流量。,式中： F断面面积积宽测流计算断面平均流速（计算消除航速影响后） K积积宽系数
16、，由常测法流量与积宽法流量相关分析获得。 注意：1、仪器入水深度问题。一般在水面以下几十厘米2、测流岸边盲区处理问题。试验确定岸边系数。 方法特点：测流速度快，精度较高（与常测法相近）,（二）比降面积法曼宁公式：要求： 1 、断面稳定 2 、上下断面要有足够落差以免水位观测（20.5cm）误差造成流量误差超过允许误差范围；一般要求10cm以上。推导： 当若dZ=0.01m, Z=0.1m 时，流量相对误差dQ/Q=5%,第四节 水位流量关系曲线,一、水位流量关系曲线的绘制,1. 稳定良好的水位流量关系曲线,2. 不稳定的水位流量关系曲线,1）洪水涨落的影响,2）回水变动的影响,3）河床冲淤影响
17、,二、水位流量关系的延长,1）水位面积流速关系延长法,1. 水位流量关系曲线高水位延长方法,2）水力学公式延长法,3）史蒂文森法（ 延长法）,2. 水位流量关系曲线低水位延长方法,确定断流水位的方法：,1）纵横断面资料确定法,2）分析法,使流量关系满足,则断流水位,假定,三、流量资料整理,1. 日平均流量计算,2. 编制“逐日平均流量表”,3. 编制“实测流量成果表”,4. 编制“汛期洪水要素摘录表”,水文信息自动传输系统 （水情、雨情、水质）,水 文信息 自动传输系 统 的 基 本 结构,3S技术及其在水文信息采集中的应用,GPS (全球定位系统) 1 什么是“3S”技术 RS (遥 感 技
18、 术)GIS (地理信息系统)2 “3S”技术在水文信息采集中的应用流域普查；水资源调查；降水量遥感；水质污染监测；洪涝灾害监测和洪灾损失调查；水土流失、河流淤积、河床演变。,【思考题】,1.全国水位统一采用的基准面是(_) A.大沽基面 B.吴淞基面 C.珠江基面 D.黄海基面 2.水文测验中断面流量的确定，关键是(_)A.施测过水断面 B.测流期间水位的观测 C.计算垂线平均流速 D.测点流速的施测,3.一条垂线上测三点流速计算垂线平均流速时，应从水面开始，分别施测（_）处的流速。A.0.2h B.0.4h C.0.6h D. 0.8h4.用流速仪施测某点的流速，实际上是测出流速仪在该点的(_)。A.转速 B.水力螺距 C.摩阻常数 D.测速历时,5.用浮标法测流，断面流量等于断面虚流量再乘以(_)。A.风速 B.水位 C.浮标系数 D.糙率6 .观测员在观测水位时水尺读数为0.4m，因此该河水位为0.4m.(判断),
