1、第二章 水位观测第一讲一、水位观测的目的和要求水位是指：河流或其它水体的自由水面相对于某一基面的高程，其单位以米（m）表示。水位是反映水体、水流变化的重要标志，是水文测验中最基本的观测要素，是水文测站常规的观测项目。水位观测资料可以直接应用于堤防、水库、电站、堰闸、浇灌、排涝、航道、桥梁等工程的规划、设计、施工等过程中。水位是防汛抗旱斗争中的主要依据，水位资料是水库、堤防等防汛的重要资料，是防汛抢险的主要依据，是掌握水文情况和进行水文预报的依据。同时水位也是推算其它水文要素并掌握其变化过程的间接资料。在水文测验中，常用水位直接或间接的推算其它水文要素，如由水位通过水位流量关系，推求流量；通过流
2、量推算输沙率；由水位计算水面比降等，从而确定其它水文要素的变化特征。由此可见，在水位的观测中，要认真贯彻规范 ，发现问题及时排除，使观测数据准确可靠。同时还要保证水位资料的连续性，不漏测洪峰和洪峰的起涨点，对于暴涨暴落的洪水，应更加注意。二、二、 影响水位变化的因素水位的变化主要取决于水体自身水量的变化，约束水体条件的改变，以及水体受干扰的影响等因素。在水体自身水量的变化方面，江河、渠道来水量的变化，水库、湖泊引入、引出水量的变化和蒸发、渗漏等使总水量发生变化，使水位发生相应的涨落变化。在约束水体条件的改变方面，河道的冲淤和水库、湖泊的淤积，改变了河、湖、水库底部的平均高程；闸门的开启与关闭引
3、起水位的变化；河道内水生植物生长、死亡是河道糙率发生变化导致水位变化。另处，有些特殊情况，如堤防的溃决，洪水的分洪，以及北方河流结冰、冰塞、冰坝的产生与消亡，河流的封冻与开河等，都会导致水位的急剧变化。水体的相互干扰影响也会使水位发生变化，如河口汇流处的水流之间会发生相互顶托，水库蓄水产生回水影响，使水库末端的水位抬升，潮汐、风浪的干扰同样影响水位的变化。三、基面与水准点水位是水体（如河流、湖泊、水库、沼泽等）的自由水面相对于某一基面的高程。 ，一般都以一个基本水准面为起始面，这个基本水准面又称为基面。由于基本水准面的选择不同，其高程也不同，在测量工作中一般均以大地水准面作为高程基准面。大地水
4、准面是平均海水面及其在全球延伸的水准面，在理论上讲，它是一个的连续闭合曲面。但在实际中无法获得这样一个全球统一的大地水准面，各国只能以某一海滨地点的特征海水位为准。这样的基准面也称绝对基面，另外，水文测验中除使用绝对基本面外还涉有假定基本，测站基面，冻结基面等。1绝对基面一般是以某一海滨地点的特征海水面为准，这个特征海水面的高程定为 0.000 米，目前我国使用的有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。若将水文测站的基本水准点与国家水准网所设的水准点接测后，则该站的水准点高程就可以根据引据水准点用某一绝对基面以上的高程数来表示。2假定基面若水文测站附近没有国家水准网，其水准点高程暂时无
5、法与全流域统一引据的某一绝对基面高程相连接，可以暂时假定一个水准基面，作为本站水位或高程起算的基准面。如：暂时假定该水准点高程为 100.000 米，则该站的假定基面就在该基本水准点垂直向下 100米处的水准面上。3测站基面测站基面是假定基面的一种，它适用于通航的河道上，一般将其确定在测站河库最低点以下 0.51.0 米的水面上，对水深较大的河流，可选在历年最低水位以下 0.51.0 米的水面作为测站基面。4冻结基面冻结基面也是水文测站专用的一种固定基面。一般是将测站第一次使用的基面固定下来,作为冻结基面。使用测站基面的优点是水位数字比较简单（一般不超过 10 米） ；使用冻结基面的优点是使测
6、站的水位资料与历史资料相连续。有条件的测站应使用同样的基面，以便水位资料在防汛和水利建设、工程管理中使用。同样，当与国家水准点接测后，即可算出测站基面与绝对基面的高差，从而可将测站基面表示的水位换算成以绝对基面表示的水位。用测站基面表示的水位，可直接反映航道水深，但在冲淤河流，测站基面位置很难确定，而且不便于同一河流上下游站的水位进行比较，这也是使用测站基面时应注意的问题。水位的观测设备可分为直接观测设备和间接观测设备两种，直接观测设备是传统式的水尺，人工直接读取水尺读数加水尺零点高程即得水位。它设备简单，使用方便；但工作量大，需人值守。间接观测设备是利用电子、机械、压力等感应作用，间接反映水
7、位变化，设备构造复杂，技术要求高；不须人值守，工作量小，可以实现自记，是实现水位观测自动化的重要条件。四、水位的直接观测设备1水尺的种类水尺分直立式、倾斜式、矮桩式和悬锤式四种。其中直立式水尺应用最普遍，其它三种，则根据地形和需要选定。（1）直立式水尺 直立式水尺由水尺靠桩和水尺板组成。一般沿水位观测断面设置一组水尺桩，同一组的各支水尺设置在同一断面线上。使用时将水尺板固定在水尺靠桩上，构成直立水尺。水尺靠桩可采用木桩、钢管、钢筋混凝土等材料制成，水尺靠桩要求牢固，打入河底，避免发生下沉。水尺靠桩布设范围应高于测站历年最高水位、低于测站历年最低水位 0.5 米。水尺板通常是长 1 米，宽 81
8、0 厘米的搪瓷板、木板或合成材料制成。水尺的刻度必须清晰，数字清楚，且数字的下边缘应放在靠近相应的刻度处。水尺的刻度一般是 1 厘米，误差不大于 0.5 毫米。相邻两水尺之间的水位要有一定的重合，重合范围一般要求在 0.10.2米，当风浪大时，重合部分应增大，以保证水位连续观读。水尺板安装后，需用四等以上水准测量的方法测定每支水尺的零点高程。在读得水尺板上的水位数值后加上该水尺的零点高程就是要观测的水位值。（2）倾斜式水尺 当测验河段内，岸边有规则平整的斜坡时，可采用此种水尺。此时，可以平整的斜坡上（在岩石或水工建筑物的斜面上） ，直接涂绘水尺刻度。设Z 代表直立水尺最小刻划的长度, 代表边坡
9、系数为 m 的斜坡水尺最小刻划长度，则 。Z Zm21同直立式水尺相比，倾斜式水尺具有耐久、不易冲毁，水尺零点高程不易变动等优点，缺点是要求条件比较严格，多沙河流上，水尺刻度容易被淤泥遮盖。（3）矮桩式水尺 当受航运、流冰、浮运影响严重，不宜设立直立式水尺和倾斜式水尺的测站，可改用矮桩式水尺。矮桩式水尺由矮桩及测尺组成。矮桩的入土深度与直立式水尺的靠桩相同，桩顶一般高出河床线 520cm，桩顶加直径为 23cm 的金属园钉，以便放置测尺。两相邻桩顶高差宜在 0.40.8m 之间，平坦岸坡宜在 0.20.4m 之间，测尺一般用硬质木料做成。为减少壅水，测尺截面可做成菱形。观测水位时，将测尺垂直放
10、于桩顶，读取测尺读数，加桩顶高程即得水位。（4）悬锤式水尺 悬锤式水尺通常设置在坚固的陡岸、桥梁或水工建筑物上。它也大量被用于地下水位和大坝渗流水位的测量。由一条带有重锤的测绳或链所构成的水尺。它用于从水面以上某一已知高程的固定点测量离水面的竖直高差来计算水位。悬锤的重量应能拉直悬索，悬索的伸缩性应当很小，在使用过程中，应定期检查测索引出的有效长度与计数器或刻度盘的一致性，其误差不超过1cm。2水尺的布置和零点离程的测量水尺设置的位置必须便于观测人员接近，直接观读水位，并应避开涡流、回流、漂浮物等影响。在风浪较大的地区必要时应采用静水设施。水尺布设范围，应高于测站历年最高、低于测站历年最低水位
11、 0.5m。同一组的各支基本水尺，应设置在同一断面线上。当因地形限制或其它原因必须离开同一断面线时，其最上游与最下游一支水尺之间的同时水位差不应超过 1cm。同一组的各支比降水尺，当不能设置在同一断面线上时，偏离断面线的距离不能超过5m ,同时任何两支水尺的顺流向距离不得超过上、下比降断面距离的 1/200。水尺设立后，立即测定其零点高程，以便即时观测水位。使用期间水尺零点高程的校测次数，以能完全掌握水尺的变动情况，准确取得水位资料为原则：一般情况下，汛前应将所有水尺校测一次，汛后校测汛期中使用过水尺，汛期及平时发现水尺有变动迹象时，应随时校测；河流结冰的测站，应在冰期前后，校测使用过的水尺；
12、受航运、浮运、漂浮物影响的测站，在受影响期间，应增加对使用水尺的校测次数，如水尺被撞，应立即校测；冲淤变化测站，应在河床每次发生显著变化后，校测影响范围内水尺。在校测水尺时，用单程仪器站数 n 作为计算往返测量不符值的控制指标，往返测量同一支水尺，零点高程允许不符值（平坦地区用 ，不平坦地区用 ） ，或虽超n4n3过允许不符值，但对一般水尺小于 10mm 或对比降水尺小于 5mm 时，可采用校测前的高程。否则，采用校测后的高程，并应及时查明水尺变动的原因及日期，以确定水位的改正方法。五、水位的间接观测设备间接观测设备主要由感应器、传感器与记录装置三部分组成。感应水位的方式有浮筒式、水压式、超声
13、波式等多种类型。按传感距离可分为：就地自记式与远传、遥测自记式两种。按水位记录形式可分为记录纸曲线式，打字记录式、固态模块记录等。以下按感应分类，简介如下：（一）浮子式水位计（二）水压式水位计通过测量水体的静水压力，实现水位测量的仪器称为压力式水位计。压力式水位计又分为气泡式压力水位计和压阻式两种。通过气管向水下的固定测点通气，使通气管内的气体压力和测点的静水压力平衡，从而实现了通过测量通气管内气体压力来实现水位测量，这种装置通常称之为气泡式水位计。20 世纪 70 年代，一种新型压力传感器迅速发展，该传感器是直接将压力传感器严格密封后置于水下测点，将其静水压力转换成电信号，用防水电缆传至岸上
14、，再用专用仪表将电信号转换成水位值，这种水位计被称为“水下直接感压式压力水位计”又称为“压阻式压力水位计” 。压阻式压力水位计简称压力式水位计，是将扩散硅集成压阻式半导体压力传感器或压力变换器直接投入水下测点感应静水压力的水位测量装置。能用在江河、湖泊、水库及其它密度比较稳定的天然水体中，无需建造水位测井，实现水位测量和存贮记录。1压力水位计的组成压阻式压力水位计是以压力变换器作为传感器，无需恒流单元，只需增加一只低温漂移高精度的取样电阻，其它组成单元则完全相同。整个装置中的编码输出可分为并行 BCD码或标准的 RS232 或 RS485 串行口输出。其各单元的功能如下：（1）稳压电源将交流或
15、直流供电电源转变成压力水位计工作所需要的直流电压，并使之稳定。（2）恒流源将输入电压变换成不随负载和输入电压变化的恒定电流输出，从而使压力水位计测量值与导线长短无关，且又能减小压力传感器的温度漂移影响。（3）压力传感器其等效电路相当于一惠斯登电桥，它将静水压力值转换成与之对应的电压信号输出或电流信号输出。（4）信号转换器将压力传感器送来的电压信号或电流信号经过严格的取样、放大或衰减，使信号变成A/D 电路所需要的电压信号。（5）A/D 单元即模拟量到数字的转换单元，它是将静水压力对应的电压模拟量信号转换成与静水压力值对应的数字信号。（6）显示及编码根据需要将水压力对应的数字信号转换成相应的并行
16、 BCD 码或 RS232、RS485 串行输出2压力式水位工作原理相对于某一个测点而言，测相对于该点处的高程，加上本测点实际水深即为水位。即：水位=测点高程+ 测点处的水深测点处的水深为：H=p/r式中： p测点的静水压强,g/cm ；H测点水深，即测点至水面距离 ,cm；r水体容重 g,/cm3。当水体容重已知时，只要用压力传感器或压力变换器精确测量出测点的静水压强值，就可推算出对应的水位值。常用的压力传感器多为固态压阻式压力传感器。它是采用集成电路的工艺，由于硅晶体的压阻效应，当硅应变体受到静水压力作用后，其中两个应变电阻变大，另两个应变电阻变小。气泡水位计工作原理与压阻式压力水位计相同
17、。（三）超声波水位计超声波水位计是一种把声学和电子技术相结合的水位测量仪器。按照声波传播介质的区别可分为液介式和气介式两大类。声波是机械波，其频率在 2020000Hz 范围内。可以引起人类听觉的为可闻声波；更低频率的声波叫做次声波；更高频率的声波叫做超声波。超声波水位计通过超声换能器，将具有一定频率、功能和宽度的电脉冲信号转换成同频率的声脉冲波，定向朝水面发射；此声波束到达水面后被反射回来，其中部分超声能量被换能器接收又将其转换成微弱的电信号。这组发射与接收脉冲经专门电路放大处理后，可形成一组与声波传播时间直接关联的发、收信号，根据需要，经后续处理可转换成水位数据，并进行显示或存贮。换能器安
18、装在水中的称之为液介式超声波水位计，而换能器安装在空气中的称之为气介式超声水位计，后者为非接触式测量。1超声波水位计的结构与组成超声波水位计一般由换能器、超声发收控制部分、数据显示记录部分和电源组成。对于液介式仪器，一般把后三部分组合在一起；对于气介式仪器一般把超声发收控制部分和数据处理部分的一部分与换能器组合在一起形成超声传感器，而把其余部分组合在一起形成显示记录仪。(1)换能器。液介式超声波水位计一般采用压电陶瓷型超声换能器，其频率一般在40200 Hz 之间。功能均是作为水位感应器件，完成声能和电能之间的相转换。为了简化机械结构设计和电路设计并减小换能器部件的体积，通常发射与接收公用一只
19、超声换能器。（2） 超声收发控制部分超声发收控制部分与换能器相结合，发射并接收超声波，从而形成一组与水位直接并联的发收信号。该部分可以采用分立元件、专用超声发、收集成电路或专用超声发收模块组成。其发射部分主要功能应包括：产生一定脉宽的发射脉冲从而控制超声频率信号发生器输出信号。经放大器、升压变压后，实现将一定频率、一定持续时间的大能量正弦波信号加至换能器。接收部分主要功能应包括：从换能器两端获取回波信号，将微弱的回波信号放大再进行检波、滤波，从而实现把回波信号处理成一定幅度的脉冲信号。由于发收公用一只换能器，因此发射信号也进入接收电路，为此接收电路的输入端需要加安全措施以保护接收电路。高性能的
20、超声发收控制部分应具备自动增益控制电路（AGC） ，使近、远程回波信号经处理后能取得较为一致的幅度（3）超声传感器超声传感器是将换能、超声发收控制部分和数据处理部分组合在一起的部件。它既可以作为超声波水位计的传感器部件，与该水位计的显示记录相连；又可以作为一种传感器与通用型数传（有线或无线）设备相连。3HW1000C 非接触超声波水位计简介HW1000C 非接触超声波水位计是黄河水利委员会水文局郑州市音达新技术研究开发中心研制的新型水位计。经水利部部级鉴定，并列为全国水利系统重点推广产品。（1）原理当超声波在空气中传播遇到水面后被反射，仪器测得声波往返于传感器到水面之间的时间，根据超声波在空气
21、中传播速度计算距离，再用传感器安装高度减去所测至水面距离即得水位。计算方法是： Vt2HV=331.45+0.61T式中：T气温；t声波往返时间。由于超声波在空气中的传播速度是温度的函数，正确的修正波速是保证测量精度的关键，为此 HW1000C 非接触超声波水位计，采用温度实时修正方法实现声波校准，以使测量精度达到规范要求。（2）功能1）根据测量时间间隔，自动进行水位测量、数据传输。2）室内设备具有汉字功能提示、显示水位数据、固态存贮、历史水位查询、各种参数设置。3）备有 RS232、RS485 、TTL 电平、电流环、420mA 模拟量等多路输出接口。4）兼容国内多家数传设备，可以方便的组成
22、水情自动测报网。（3）用途1）河流、明渠水位自动监测。2）水库坝前、坝下尾水水位监测拦物栅压差监测。3）调压塔水位监测。4）潮水位自动监测系统。5）城市供水、排污水位监测系统。（4）主要特点1）在水位测量过程中没有任何部件接触水体，实现非接触测量。2）不受高速水流冲击，不受水面漂浮物的缠绕、堵塞或撞击以及水质电化反应的影响。3）设备按装不需建造水位计台，基建投资小。4）设备无运动部件，不会因部件磨损锈蚀而产生故障，寿命长可靠性好。采用实时温度自动校准技术，精度高。第二讲一、水位观测（一）用水尺观读水位水位基本定时观测时间为北京标准时间 8 时，在西部地区，冬季 8 时观测有困难或枯水期 8 时
23、代表性不好的测站，根据具体情况，经实测资料分析，主管领导机关批准，可改在其它代表性好的时间定时观测。水位的观读精度一般记至 1cm，当上下比降断面水位差小于 0.20m 时，比降水位应读记至 0.5cm。水位每日观测次数以能测得完整的水位变化过程、满足日平均水位计算、极值水位挑选、流量推求和水情拍报的要求为原则。水位平稳时，一日内可只在 8 时观测一次，稳定的封冻期没有冰塞现象且水位平稳时，可每 25 日观测一次，月初月末两天必须观测。水位有缓慢变化时，每日 8 时、20 时观测两次外，枯水期 20 时观测确有困难的站，可提前至其它时间观测。水位变化较大或出现较缓慢的峰谷时，每日 2 时、8
24、时、14 时、20 时观测 4 次。洪水期或水位变化急剧时期可每 16 小时观测 1 次，当水位暴涨暴落时，应根据需要增为每半小时或若干分钟观测 1 次，应测得各次峰、谷和完整的水位变化过程。结冰、流冰和发生冰凌堆积、冰塞的时期应增加测次，应测得完整的水位变化过程。由于水位涨落，水位将要由一支水尺淹没到另一支相邻水尺时，应同时读取两支水尺上的读数，一并记入记载簿内，并立即算出水位值进行比较。其差值若在允许范围内时，应取二者的平均值作为该时观测的水位。否则，应即时校测水尺，并查明不符原因。（二）用自记水位计观测水位1自记水位计的检查和使用在安装自记水位计之前或换记录纸时，应检查水位轮感应水位的灵
25、敏性和走时机构的正常性。电源要充足，记录笔、墨水应适度。换纸后，应上紧自记钟，将自记笔尖调整到当时的准确时间和水位坐标上，观察 15 分钟，待一切正常后方可离开，当出现故障时应及时排除。自记水位计应按记录周期定时换纸，并应注明换纸时间与校核水位。当换纸恰逢水位急剧变化或高、低潮时，可适当延迟换纸时间。对自记水位计应定时进行校测和检查：使用日记式自记水位计时，每日 8 时定时校测一次；资料用于潮汐预报的潮水位站应每日 8 时、20 时校测两次；当一日内水位变化较大时，应根据水位变化情况增加校测次数。使用长周期自记水位计时对周记和双周记式自记水位计应每七日校测一次，对其它长期自记水位计应在使用初期
26、根据需要加强校测，待运行稳定后，可根据情况适当减少校测次数。校测水位时，应在自记纸的时间坐标上划一短线。需要测记附属项目的站，应在观测校核水尺水位的同时观测附属项目。2水位计的比测自记水位计应与校核水尺进行一段时期的比测，比测合格后，方可正式使用。比测时，可将水位变幅分为几段，每段比测次数应在 30 次以上，测次应在涨落水段均匀分布，并应包括水位平稳，变化急剧等情况下的比测值。长期自记水位计应取得一个月以上连续完整的比测记录。比测结果应符合下列规定：置信水平 95%的综合不确定度不超过 3cm。系统误差不超过 1%。记时系统误差应符合自记钟的精度要求。3自记水位计记录的订正与摘录（1）自记水位
27、计记录的订正取回记录纸后，应检查记录纸上有无漏填或错写项目，如有应补填或纠正。当记录曲线呈锯齿形时，应用红色铅笔通过中心位置划一细线，作为水位过程线；当记录曲线呈阶梯状时，应用红色铅笔按形成原因加以订正。当记录曲线中断不超过 3 小时且不是水位转折时期时，一般测站可按曲线的趋势用红色铅笔以虚线插补描绘；潮水位站可按曲线的趋势并参考前一天的自记曲线，用红色铅笔以虚线插补描绘。当中断时间较长或跨越峰、谷时，不宜描绘，中断时间的水位，可采用曲线趋势法或相关曲线法插补计算，并在水位摘录表的备注栏中注明。自记水位记录的订正包括时间订正和水位订正两部分，一般站一日内水位与校核水位之差超过 2cm，时间误差
28、超过 5 分钟，应进行订正。资料用于潮汐预报的潮水位站，当使用精度较高的自记水位计时，一日内水位误差超过 1cm，时间误差超过 1 分钟应进行订正。订正时宜先作时间订正，后作水位订正。时间订正可采用直线比例法，按下式计算：13020ttt式中： t订正后的时刻（ h） ；t0订正前的时刻（h） ；t1前一次校对的准确时刻（ h） ；t2相邻后一次校对的准确时刻（ h） ；t3相邻后一次校对的自记时刻（ h） ；水位订正可采用直线比例法和曲线趋势法，直线比例法的算式如下：式中： Z订正后的水位（m） ；Z0订正前的水位（m） ；Zt 2 时刻校正水尺水位（m ） ；Zt 2 时刻自记记录的水位（
29、m ） ；T订正水位所对应的时刻（h） ；t1上次校测水位的时刻（h） ；t2相邻下一次校测水位的时刻（ h） 。（2）自记水位计记录的摘录自记水位记录的摘录应在订正后进行，摘录的成果，应能反映水位变换的完整过程，并应满足计算日平均水位、统计特征值和推算流量的需要。当水位变化不大且变率均匀时，可按等时距摘录；水位变化急剧且变率不均匀时，应加摘转折点。摘录的时刻宜选在 6 分钟的整数倍之处。8 时水位和特征水位必须摘录。当需要用面积包围法计算日平均水位时0 时和 24 时水位必须摘录。摘录点应在记录线上逐一表出，并应注明水位值，以备校核。二、日平均水位计算日平均水位是指在某一水位观测点一日内水位
30、的平均值。其推求原理是，将一日内水位变化的不规则梯形面积，概化为矩形面积，其高即日平均水位。具体计算时，视水位变化情况分面积包围法和算术平均法两种。（一）面积包围法面积包围法，又称 48 加权法，它适用于水位变化剧烈且不是等时距观测的时期。计算时可将一日内 024 时的折线水位过程线下之面积除以一日内的时数得之。面积包围法计算日平均水位可按下式计算： 481 1210 nZmcbZaZn 使用上式时，零时或 24 时未观测水位，应根据前后日相邻水位直线内插法求出。若时距相等可采用如下简易面积包围法来计算（该法同样要求有 0 时、24 时水位值）：)22(11210 nZZn式中： n日内等时距
31、的时段数。（二）算术平均法当一日内水位变化不大，或虽变化较大但系等时距观测或摘录时，可用此法（当采用计算机整编资料时应按面积包围法进行）： nZi1式中： n日观测水位的次数。应用此法应通过误差分析确定，用此法算出日平均水位与用面积包围法算出的日平均水位相差不能超过 12cm。为正确使用算术平均法，以面积包围法为准，进行如下讨论：当一日内水位呈直线变化，0 时，24 时水位相等，最高水位出现在 T 时刻（0T24 ） 。8 时水位：ZT20 时水位：Z24020用 8 时、20 时的算术平均值算出的日平均水位：ZTZ24)(10用面积包围法算出的日平均水位： Z包 Z210算术平均法计算的日平
32、均水位误差为：T4当一日内最高水位出现在 12 时或 16 时时，代入上式，其误差等于零。当最高水位出现零时或 24 时，误差最大，此时 ZZZ65,30208用算术平均法计算的日平均水位为 ZtZZ12765312000其误差为 包 2由以上分析，可以得到如下结论：如果零时与 24 时水位相同，其它时间，水位沿三角形的两个边变化，则当最高水位出现 在 12 时或 16 时，用 8 时、20 时两次水位的算术平均值作为日平均水位，其误差等于零；若最高水位出现在其它时间，将产生误差，而以出现零时或 24 时的误差最大。此时若允许误差为 0.01 米，则mZ01.2即 .上式说明，当水位直线上升或
33、下降，水位日变幅不超过 0.12m 时，算术平均法计算日平均水位，可只用 8 时、20 时两次水位即可。通过计算：当用 2、8、14、20 时 4 次水位作算术平均法计算，误差仍不超过 1cm 时，水位日变幅应不超过 0.24m，故可得出，水位直线升降，日变幅在 0.120.24m 时，应采用 4次等时距水位。若用 8 时一次水位代替日平均值时，日变幅水位不超过 0.06m。在每 25 日观测 1 次水位的期间，其未观测水位各日的日平均水位可按直线插补计算。当一日内部分时间河干或连底结冰，其余有水时，不宜计算日平均水位，应在水位记载簿中注明情况。三、地下水系统导论地下水是水资源的重要组成部分。
34、干旱地区与半干旱地区的人们的生活用水、农业灌溉用水及工业用水，主要靠开采利用地下水。随着人们生活水平的不断提高，对水质要求更高，目前有很多地区在大量开采深层地下水。这说明地下水是一项十分有价值的资源。由于地下水具有流动性和可调节性，及开采后恢复性慢的特点，如果合理的开采利用，可为人们长期使用的资源，但盲目开采，使地下水不能得到恢复，会造成地下水枯竭，甚至更严重的影响。因此，为了开采和管理地下水资源，必须了解地下水动态变化规律，开展地下水的观测工作。（一）地下水的性质地下水是在一定的地质条件和气候条件下，在不断补给与不断消耗的运动中形成的。它与其它资源相比性质上有相同之处，也有不同的地方。1存储
35、性：地下水的存在占有一定的空间，表现为存储量，这是它与其它矿产资源相同的地方。2流动性：地下水是流体，具有流动性，表现为径流量，这是它与其它矿产资源不同之处。3调节性：地下水始终处在不断补给和不断消耗的新旧交替过程中。补给、消耗在数量上随时间形成周期性的变化，使地下水具有调节性质，表现为调节量。这也是它与其它矿产资源的不同之处。4恢复性：人工开采地下水时，只要开采量不超过一定限度，地下水量由于有补给并不显著减少。停止开采后，水量、水位能自动恢复。这是地下水与其它矿产不同的另一个特点。（二）地下水的蓄水结构含水层：是能透过和给出相当水量的岩层；隔水层：是不能透过和给出水量（透水和给水均微不足道）
36、的岩层；透水层：是能透水但给出水量微弱（与含水层相比）的岩层。1含水层划分原则2含水层划分指标3基岩含水层的分类岩石含水孔隙的分布主要受岩性控制，并与岩层分布完全一致，便构成含水层；相对不透水岩层为隔水层。（1）基岩含水带：是指主要受地质构造或风化作用控制，而受地质体限制的含水裂隙带或含水岩溶带。（2）隔水围岩：是指与含水带对应的相对不透水部分的岩石构成含水带的隔水边界，称之为隔水围岩。4控水构造控水构造：是指控制地下水的地质构造或称水文地质构造。控水构造是由透水层（带）和相对隔水层（围岩）组合而成。按其对地下水的控制作用，可分为导水构造、阻水构造、汇水构造，蓄水构造及储水构造五类。 四、地下
37、水动态观测（一）地下水动态观测的目的与任务地下水动态观测是研究天然和人为作用下地下水渗流过程中的流量场和梯度场随时间和空间的变化规律。这些变化规律是含水层边界条件和地下水渗流条件方面的综合反映。因此通过地下水动态观测，可以确定地下水动态的因素，了解各含水层之间、地表水与地下水之间、降水和包气带水之间的水力联系，以进行地下水量、水质评价，并为地下水的合理开发利用、预防发生危害性环境地质问题提供依据。对于不同的地区和目的，观测的基本任务各有不同。若以开采利用地下水为目的，则地下水动态观测的基本任务是：1一般地区（1）观测不同水文地质单元的水位、水量、水温、水质等动态变化的一般规律。（2）了解水文、
38、气候因素及人为因素对地下水动态的影响，查明地下水与地表水的补、排关系。（3）了解各含水层间的水力联系。2大量开采区（1）了解开采过程中地下水的动态变化，查明漏斗区的范围、形成条件、补给因素及发展趋势。（2）了解区域水位下降和水量变化及井孔间干扰情况。（3）提出合理开采、科学用水，资源保护、兴利除害的措施。（二）观测点（网）的布设1观测点（网）的分类根据观测点（网）根据其目的不同，一般可分为基本观测点（网）和专门观测点（网）两类。基本观测点（网）属于整个城市范围内的控制性点（网） ，它研究区域性地下水动态的变化规律，划分地下水动态类型，以便为地下水资源评价、预测和管理提供系列资料。专门观测点（网
39、）用来研究某些专门性的水文地质问题，或用来解决某些特殊性问题。这些问题如：地下水与地表水和上、下含水层之间的水力联系，咸水和淡水的分界线，计算某些水文地质参数确定某些地下水均衡要素等。2观测点（网）布置的一般原则（1）基本观测点（网）的布设。基本观测点应以能控制勘察区的地下水动态特征为原则进行布设，并尽量结合已有的井、泉和勘探钻孔进行。（2）专门观测点（网）的布设专门观测点要以所解决的问题，有针对性地进行布设，为取得有关的水文地质参数，可参照布设。3观测孔的结构利用钻孔、井、泉等作为观测点，应根据观测目的和性质来确定其结构。（1）基本观测点的结构基本观测点以能够控制区域地下水动态特征为原则，尽
40、量利用已有井、泉和勘探钻孔作为观测点。1）用井作为观测点时，应在地形平坦地段选择人为因素影响较小的井，井深要达到历年最低水位以下 35m，以保证枯水期照常观测。井壁和井口必须紧固，最好是用石砌，采用水泥加固。井底无严重淤塞，井口要能设置水位观测的固定基点，以进行高程测量。农灌井作为观测点时，要有能够放入水位计和水温计的间隙。如果需要观测灌溉期间的抽水量时，出水口要安装适用的计量装置（流量计或堰口） 。如系密封型式的机电井，可以在泵管与井管之间安装测水位的观测管，可选用直径为 2050mm 的铁管，顶部加管帽，观测管深度应达到历年最低动水位以下 35m 。（三）地下水的动态观测地下水的动态观测的
41、基本项目包括水位、水量、水温和水质观测1水位观测（1）观测时间和次数观测时间和次数可根据用水期和非用水期、灌溉期和非灌溉期、补给期和非补给期的具体情况来定。1）基本观测点初建的观测点（网） ，每 5 日观测一次，经过两年后，如基本掌握了水位动态变化规律，并在水位变化不大的情况下可延长至十日观测一次。农灌井为观测点时，应在当日抽水灌溉之前进行水位观测，观测期间，如果遇有集中灌溉连续抽水时，应在抽水结束后，水位恢复至静水位时方可观测，并注明停泵时间。2）专门观测点对确定地下水垂直补给或消耗量的观测点，在补给期或消耗期每日观测一次，其它时期每 5 日观测一次。对确定地下水侧向补给或排泄量的观测点，在
42、枯水期和平水期，每 510 日观测一次，当地下水位变化较大，或有融雪、降雨、或邻近地区有开采的情况下，每 13 日观测一次。降雨期间每日观测一次，或在雨后加测。在确定地下水与地表水之间的水力联系，应对地下水位与河、湖水位同时进行观测，非汛期每 5 日观测一次，汛期期间每日观测一次。水位变化较大时，可在部分观测点，增加观测次数。（2）观测方法1）水位观测要从孔（井）口的固定基点量起，每次观测需要重复进行，其允许误差不超过 2cm，取起平均值，作为观测结果。2）水位观测数值以 m 为单位，测记至二位小数（即 cm） 。如果动水位波动较大，记至二位小数有困难时，可放宽观测精度，但要保证第一位小数一定
43、准确。3）用导线或测绳测量水位时，要求其伸缩性应经常校核，及时消除误差。2水温观测（1）观测时间的要求在开始进行水温观测时，应与水位同步观测。经过一个时期后，基本掌握水温变化规律时，可适当减少观测次数。（2）观测方法1）温度表法：有酒精温度表和水银温度表两种。前者适用于常水温，精度较差；后者适用于冷热水温，测量热水时应选择最高水银温度表。观测时应将水温计装入专制的金属壳内，在水中放置 35 分钟后取出读数。2）热敏电阻法：由感温探头、导线和平衡电桥等部件构成，适用于冷、热水，使用灵活、方便，精度高。但热敏电阻易老化，随着电阻值增高，观测精度降低。观测时读出示温指针所指的温度。使用时需对电阻经常
44、标定，避免电阻老化造成测量误差。除了以上两种仪器外，目前新型仪器很多，如 SW1 型水温水位仪，DWS 三用电导仪等，均可以连续测量水温，且精度高，使用方便，可以推广。3水量观测（1）观测时间和次数利用开采井观测时，应逐日记录水量和动水位。若为农灌井，在非灌期每月测定 13次，灌溉期应增加观测次数。泉和自流井的水量一般煤 35 日观测一次，雨季或其它原因使流量发生明显变化时，应增加观测次数。（2）观测方法水量观测，一般在井口安装流量计进行观测，无上述设备时，可利用水塔或蓄水池进行观测。对留用勘探钻孔，可分别在丰、平、枯三个时期进行抽水试验，以了解不同时期的水量变化。4水质观测水质观测不论是基本
45、观测点，还是专门观测点，水质观测一般每月或每季取一次水样进行水质分析，其中五分之一作全分析，其余作简分析，丰、枯水季节或有可能污染的地区，应增加取样次数和分析项目。五、地下水动态观测资料的整理地下水动态的长期观测资料，是进行地下水动态规律分析与预报服务的依据。其资料整理工作尤为重要，资料整理分为日常的资料整理工作和年度资料整理工作。（一）日常整理工作日常整理工作，主要是及时认真地检查、校对地下水水位、水温、水量、水质等观测记录，为保证观测资料的质量，应由观测记录及时点绘地下水动态变化及主要影响因素项目的综合曲线，进行随时对照分析。（二）年度资料整理1编制观测点位置图说明表：说明观测点的位置、高
46、程；建立观测的目的任务和时间；井孔的结构、深度、规格等，并绘制大比例尺位置图。2计算各动态项目的月平均值、最大值、最小值及其变化幅度。3绘制地下水动态曲线：（1）地下水位过程线。（2）地下水出水量（或涌水量）历时曲线。（3）地下水动态综合曲线根据对观测区具体水文地质条件的分析和每个观测点地下水动态曲线分析，可选择一些典型观测点，绘制地下水综合曲线。地下水动态综合曲线一般应包括地下水位、水量、水温及化学成分随时间的变化过程及影响地下水动态的主要因素变化过程线。依据此图，可以分析地下水动态与影响因素在时间上的关系。（4）不同时期的水文化学剖面图这类图一般包括观测线的地下水化学成分剖面。可以了解不同时期的水力联系和地下水动态基本规律，以及动态要素在各个时期的变化特征。（5）不同时期的地下水等水位线图和主要离子等值线图根据不同时期观测的地下水位及地下的主要离子成分，进行对比分析，掌握其变化规律
