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1、第三章第三章 水文测验及资料整编水文测验及资料整编3.1 3.1 水文测站水文测站3.2 3.2 水位观测及整理水位观测及整理3.3 3.3 流量测验与整理流量测验与整理3.4 3.4 泥沙测验与整理泥沙测验与整理3.1 3.1 水文测站水文测站一一水文测站任务水文测站任务 1 1 任务任务 水文测站是组织进行水文测验、收集水文资料的基本场所。其任务水文测站是组织进行水文测验、收集水文资料的基本场所。其任务是按一定标准对指定地点是按一定标准对指定地点( (断面断面) )的水文要素作系统观测和资料整编。的水文要素作系统观测和资料整编。 2 2 分类分类 (1) (1) 按测验项目分按测验项目分(
2、 (见图见图3-1) (2) 3-1) (2) 按测站性质分按测站性质分( (见图见图3-2) 3-2) 水 文 站水 位 站雨 量 站水 质 站水 文 站基本站专用站实验站水文站图图 3-13-1图图 3-23-2二二 水文要素水文要素 降水量降水量 蒸发量蒸发量 下渗量下渗量 水位水位 流量流量 泥沙泥沙三三 水文站的布设水文站的布设 要求：河道顺直，水位流量关系稳定（断面或河道水力要素稳定）要求：河道顺直，水位流量关系稳定（断面或河道水力要素稳定）浮标上断面浮标下断面浮标中断面比降上断面比降下断面流速仪测流断面基本水尺断面基线LfLs图图3-33-3水水文文站站布布设设示示意意图图3.2
3、 3.2 水位观测与整理水位观测与整理一一水位水位 水体自由水面相对于某一基面的高程，称为水位，单位水体自由水面相对于某一基面的高程，称为水位，单位m m。 我国统一采用青岛附近黄海海平面为标准基面。我国统一采用青岛附近黄海海平面为标准基面。二二水位观测水位观测 1 1 水尺水尺人工观测人工观测 在测流断面上布设水尺，人工定时或不定时进行观测：在测流断面上布设水尺，人工定时或不定时进行观测： 水位水位(Z)=(Z)=水尺零点高程水尺零点高程(Z(Z0 0)+)+水尺度数水尺度数(h)(h) a. a. 水位变化不大时，每天采用两段制观测水位变化不大时，每天采用两段制观测(8(8点和点和2020
4、点点) )； b. b. 水位变化较大时，每天采用四段制观测水位变化较大时，每天采用四段制观测(2(2点，点，8 8点，点，1414点，点，2020点点) )； c. c. 洪水期或水位变化急剧时，需增加测次。洪水期或水位变化急剧时，需增加测次。 2 2 自记水位计自记水位计 利用自记水位记自动纪录水位的连续变化过程。利用自记水位记自动纪录水位的连续变化过程。 三三 水位资料的整理水位资料的整理 所获得的水位资料都是瞬时值。水位资料整理就是将瞬时水位值换算所获得的水位资料都是瞬时值。水位资料整理就是将瞬时水位值换算成日平均水位。成日平均水位。 1 1 当等时距观测或摘录水位时，日平均水位计算采
5、用算术平均法：当等时距观测或摘录水位时，日平均水位计算采用算术平均法：式中，式中，Z Zi i为为i i次观测或摘录水位值；次观测或摘录水位值；n n为观测或摘录次数。为观测或摘录次数。 2 2 当不等时距观测或摘录水位时，日平均水位计算采用加权平均法，当不等时距观测或摘录水位时，日平均水位计算采用加权平均法，又称面积包围法求取又称面积包围法求取 tZ自记水位过程线自记水位过程线n1iiZn1Z日式中，式中，a a，b b，c c，m m，n n相邻两次水位间的时距，单位相邻两次水位间的时距，单位h h； T=a+b+c+T=a+b+c+ +m+n=24 +m+n=24小时；小时； Z Z0
6、0， Z Z1 1， Z Z2 2， ， Z Zn-1n-1 ， Z Z0 0 为各次观测的水位，单位为各次观测的水位，单位m m。面积包围法示意图面积包围法示意图 Z0 Z1 Z3 Z2 Zn-2 Zn-1 Zn0 0时时2424时时ancmbn)ZZ(21b)ZZ(21a )ZZ(21nTZn1n2110个梯形面积之和日nZ)nm(Z) cb(Z)ba (ZaZ481Zn1n210日3.3 3.3 流量测验与整理流量测验与整理一一概述概述 Q=AV 由上式知，流量测验包括由上式知，流量测验包括3 3部分：部分：断面面积测量断面面积测量、流速测量流速测量及及流量流量计算。计算。 测流方法很多
7、，如直接法、水力学法、物理法、化学法、浮标测流法、测流方法很多，如直接法、水力学法、物理法、化学法、浮标测流法、面积流速法面积流速法( (又称流速仪法又称流速仪法) ) 。二二流速仪测流流速仪测流 流速分布示意图流速分布示意图相相对对水水深深流速流速 1 1 原理原理 Q=qQ=qi i=V Vi iA Ai iViAi 2 2 布骤布骤 (1) (1) 布设测速垂线，测量各垂线的深度布设测速垂线，测量各垂线的深度h hi i和相邻垂线间的距离和相邻垂线间的距离b bi i； (2) (2) 在测速垂线上布设测点，用流速仪测速，计算各垂线平均流速在测速垂线上布设测点，用流速仪测速，计算各垂线平
8、均流速v vmimi； (3) (3) 部分平均流速部分平均流速V Vi i和部分面积和部分面积A Ai i计算；计算； 部分平均流速部分平均流速V Vi i：岸边部分：岸边部分 中间部分中间部分 部分面积部分面积A Ai i： 岸边部分岸边部分 中间部分中间部分(4) (4) 部分流量部分流量q qi i= =V Vi iA Ai i计算，部计算，部分流量之和即为分流量之和即为Q Q。 垂线布点方式：垂线布点方式：0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.00.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0（相对水深）。（相对水深）。垂线平均速度视测点数，分别按下式计算：垂线平均速度视测点数，
9、分别按下式计算：)2222(101 )233(101 )(31 )(21 0 . 18 . 06 . 04 . 02 . 00 . 00 . 18 . 06 . 02 . 00 . 08 . 06 . 02 . 08 . 02 . 06 . 0vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvmmmmm六点法：五点法：三点法：二点法：一点法：（3 3）流速测量）流速测量三三 流量资料整编流量资料整编 测流工作量大，程序复杂，不可能随时测流；水位观测相对简单、快测流工作量大，程序复杂，不可能随时测流；水位观测相对简单、快捷。由于水位与流量存在着一定的关系。因此，流量资料整编的关键捷。由于水位与流量存在
10、着一定的关系。因此，流量资料整编的关键在于绘制水位流量关系曲线。在于绘制水位流量关系曲线。 ( (一一) )水位流量关系曲线绘制水位流量关系曲线绘制 1 1 稳定的水位流量关系曲线稳定的水位流量关系曲线 由曼宁公式由曼宁公式 V=RV=R2/32/3I I1/21/2/n/n，可得流量：，可得流量： Q=AV=ARQ=AV=AR2/32/3I I1/21/2/n/n式中，式中，Q Q流量流量(m(m3 3/s)/s)；A A过水断面面积过水断面面积(m(m2 2) )；R R水力半径；水力半径；I I水面比降；水面比降；n n糙率。糙率。 当河段和测站控制良好，河道水流接近均匀流时，在同一水位
11、下，当河段和测站控制良好，河道水流接近均匀流时，在同一水位下，A A，R R，I I，n n均保持不变，或它们对流量的影响相互抵消，水位流量关系稳定，均保持不变，或它们对流量的影响相互抵消，水位流量关系稳定，呈单一曲线。如图呈单一曲线。如图3-83-8所示。所示。 2 2 不稳定的水位流量关系曲线不稳定的水位流量关系曲线 从公式从公式Q=AV=A RQ=AV=A R2/32/3I I1/21/2/n/n知，当水位知，当水位Z Z不变时，不变时， A A，R R，I I，n n中任意一项发生变动，中任意一项发生变动，Q Q都不是定值，则水位流量关系曲线都不是定值，则水位流量关系曲线不是单一的。有
12、下面几种情况：不是单一的。有下面几种情况： (1) (1) 受河床冲淤影响的水位流量关系受河床冲淤影响的水位流量关系 洪水水面河道沿程发生高低起伏的一种波动，称为洪水波。洪水水面河道沿程发生高低起伏的一种波动，称为洪水波。 稳定流水面比降稳定流水面比降i0、洪水波的水面比降、洪水波的水面比降i。 波前部分波前部分ii0，波后部分，波后部分i0；落洪时，；落洪时， i=0图3-9 (2) (2) 受洪水涨落影响的水位流量关系受洪水涨落影响的水位流量关系 (3) (3) 受变动回水影响的水位流量关系受变动回水影响的水位流量关系 下游回水顶托，导致下游回水顶托，导致水面比降减少，由曼宁公水面比降减少
13、，由曼宁公式式 Q=AV=A RQ=AV=A R2/32/3I I1/21/2/n/n知，知，在相同水位下，比降小的在相同水位下，比降小的流量变小。流量变小。 ( (二二) )水位流量关系曲线延长水位流量关系曲线延长 一般水位流量关系曲线的水位在正常变幅内，最高水位一般水位流量关系曲线的水位在正常变幅内，最高水位和最低水位对应的流量无法获取。因此，需对水位流量关系曲和最低水位对应的流量无法获取。因此，需对水位流量关系曲线进行延长。线进行延长。 1 1 高水延长高水延长 (1) (1) 水位面积、水位流速延长法水位面积、水位流速延长法 (2)(2) 曼宁公式延长法曼宁公式延长法 Q=AV=ARQ
14、=AV=AR2/32/3I I1/21/2/n= (AR/n= (AR2/2/3)(S3)(S1/21/2/n)/n)式中，式中，A A，R R，n n同前，同前，S=I,S=I,为比降；其中为比降；其中S S1/21/2/n/nv/Rv/R2/32/3。 绘制绘制Z ZARAR2/2/3 3曲线和曲线和Z ZS S1/21/2/n/n并延长。并延长。 2 2 低水延长低水延长 低水延长一般是以断流水位低水延长一般是以断流水位Z Z0 0作控制进行水位流量关系曲作控制进行水位流量关系曲线向断流水位方向所作的延长。线向断流水位方向所作的延长。 断流水位是指流量为零时的相应水位。假定低水时水为流断
15、流水位是指流量为零时的相应水位。假定低水时水为流量关系式：量关系式：nZZKQ)(0bcabcaZZZZZZZ220在水位流量曲线中、低水弯曲部分取三各点在水位流量曲线中、低水弯曲部分取三各点( (满足满足Q Q2 2b b=Q=Qa aQ Qc c) ) （Z Za a，Q Qa a）、（）、（Z Zb b，Q Qb b）、（）、（Z Zc c，Q Qc c）代入上式，得：代入上式，得：以（以（Z Z0 0，0 0）为控制点，延长得低水曲线。）为控制点，延长得低水曲线。 ( (三三) ) 流量推求流量推求 由水位流量关系曲线，可推求任意水位对应的流量。由水位流量关系曲线，可推求任意水位对应的
16、流量。 1 1、当一日水位变化平稳时，用日平均水位在水位流量关、当一日水位变化平稳时，用日平均水位在水位流量关系曲线上插得日平均流量。系曲线上插得日平均流量。 2 2、当一日水位变化较大时，用一日内各次水位从水位流、当一日水位变化较大时，用一日内各次水位从水位流量关系曲线上查得相应流量，再按算术平均法或面积包围法计量关系曲线上查得相应流量，再按算术平均法或面积包围法计算日平均流量。算日平均流量。 3 3、旬、月、年平均流量计算、旬、月、年平均流量计算 日平均流量日平均流量 旬、月、年平均流量旬、月、年平均流量 方法：算术平均法方法：算术平均法 4 4 编制流量资料整编成果表编制流量资料整编成果
17、表 实测流量成果表实测流量成果表记录了一年各次测记录了一年各次测流的基本情况流的基本情况( (水位、断面面水位、断面面 积、断面平均积、断面平均流速、测流方法流速、测流方法) ) 逐日平均流量表逐日平均流量表一年每日平均流量一年每日平均流量 洪水水文要素摘录表洪水水文要素摘录表洪水水位及流洪水水位及流量变化过程资料量变化过程资料悬移质泥沙：悬移质泥沙：悬浮于水中并随之运动悬浮于水中并随之运动推移质泥沙：推移质泥沙：受水流冲击沿河底移动或滚动受水流冲击沿河底移动或滚动河床质泥沙：河床质泥沙：相对静止而停留在河床上相对静止而停留在河床上3.4 3.4 泥沙测验与整理泥沙测验与整理本本 章章 小小 结结 水文测站种类水文测站种类 水位的概念及其整编水位的概念及其整编 流速仪测流原理及其流量资料整编流速仪测流原理及其流量资料整编 泥沙的基本概念泥沙的基本概念 作作 业业 1 P343-1 2 P343-2