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1、第六章第六章第六章第六章 水位、流量资料整编水位、流量资料整编水位、流量资料整编水位、流量资料整编概概 述述一、整编工作的意义一、整编工作的意义 水文资料水文资料整编工作的含义：整编工作的含义：实测水位、流量、泥沙等资料是一种不连续的原始实测水位、流量、泥沙等资料是一种不连续的原始水文资料，一般不能满足国民经济各部门对资料使用的水文资料，一般不能满足国民经济各部门对资料使用的要求。资料整编就是对原始资料按科学的方法和统一的要求。资料整编就是对原始资料按科学的方法和统一的技术标准与格式进行整理、分析、统计、审查、汇编和技术标准与格式进行整理、分析、统计、审查、汇编和刊印的全部技术工作，以便得到具
2、有足够精度的、系统刊印的全部技术工作，以便得到具有足够精度的、系统的、连续的水文资料。的、连续的水文资料。水文资料水文资料整编工作的意义：整编工作的意义：见教材。见教材。二、整编工作的内容二、整编工作的内容（见教材）（见教材）三、测站考证三、测站考证 考证就是考察证实。测站考证的具体内容见教材。考证就是考察证实。测站考证的具体内容见教材。四、对整编工作的要求四、对整编工作的要求 原始资料须经过三道工序才能进行整编原始资料须经过三道工序才能进行整编 初作，一校，二校。不同工序由不同的人完成。初作，一校，二校。不同工序由不同的人完成。整编必须执行水文资料整编规范和标准。整编必须执行水文资料整编规范
3、和标准。参见参见水文资料整编规水文资料整编规范范SL244-1999。水位资料整编水位资料整编一、工作内容一、工作内容 水位资料是水位资料是水文年鉴水文年鉴刊印的项目之一，同时刊印的项目之一，同时又是流量和泥沙资料整编的基础。水位资料整编的主又是流量和泥沙资料整编的基础。水位资料整编的主要工作内容包括：要工作内容包括：考证水尺零点高程。考证水尺零点高程。审核水位原始资料，校核原始逐时观测水位，审核水位原始资料，校核原始逐时观测水位，复核逐日平均水位，编制逐日平均水位表（表中包括水复核逐日平均水位，编制逐日平均水位表（表中包括水位月、年特征值统计）位月、年特征值统计）绘制逐时水位、逐日平均水位过
4、程线。绘制逐时水位、逐日平均水位过程线。编制洪水水位摘录表及水位资料整编说明书。编制洪水水位摘录表及水位资料整编说明书。二、水尺零点高程的考证二、水尺零点高程的考证 具体过程见教材。具体过程见教材。三、原始资料的审核三、原始资料的审核 在水尺零点高程考证无误的基础上，校核原始水在水尺零点高程考证无误的基础上，校核原始水位观测记录的逐时水位、逐日平均水位、各月和全年的位观测记录的逐时水位、逐日平均水位、各月和全年的最高、最低水位及其发生日期、以及备注的河干、断流最高、最低水位及其发生日期、以及备注的河干、断流、冰情的起止日期等是否正确。尤其应对水情变化急剧、冰情的起止日期等是否正确。尤其应对水情
5、变化急剧 、更换水尺和水尺零高变动时的水位值作重点校核，对、更换水尺和水尺零高变动时的水位值作重点校核，对水位特征值和日平均水位进行逐个校核，以保证全部水水位特征值和日平均水位进行逐个校核，以保证全部水位记录和统计数据不发生差错。位记录和统计数据不发生差错。对缺测水位应插补，插补方法有：对缺测水位应插补，插补方法有：1.直线插补法直线插补法 适用情况：当缺测时间内的水位变化平缓，或适用情况：当缺测时间内的水位变化平缓，或水位变化虽然较大但涨落趋势比较均匀一致时。水位变化虽然较大但涨落趋势比较均匀一致时。用缺测时段两端的水位值按时间比例直线内插出用缺测时段两端的水位值按时间比例直线内插出缺测期的
6、水位值。缺测期的水位值。2.水位相关插补法：水位相关插补法：适用情况：缺测期较长，水位涨落交替发生，且适用情况：缺测期较长，水位涨落交替发生，且河道无较大冲淤变化时。河道无较大冲淤变化时。建立本站与邻站的同时水位或相应水位的相关曲建立本站与邻站的同时水位或相应水位的相关曲线，据此进行插补。线，据此进行插补。3.连过程线插补法：连过程线插补法：适用情况：缺测期水位有起伏变化，而上下游站适用情况：缺测期水位有起伏变化，而上下游站区间径流增减不多，冲淤变化不大，两地水位过程线区间径流增减不多，冲淤变化不大，两地水位过程线大致相似时，可参照上下游站水位变化趋势，连绘出大致相似时，可参照上下游站水位变化
7、趋势，连绘出本站缺测期的水位过程线进行插补。本站缺测期的水位过程线进行插补。四、逐日平均水位表的编制四、逐日平均水位表的编制 1.表内数字符号的填写表内数字符号的填写 要注明水位采用的基面。要注明水位采用的基面。2.各种保证率水位的挑选各种保证率水位的挑选 保证率水位：指保证率水位：指1年内有多少天数的水位高于等于年内有多少天数的水位高于等于某水位，该水位就称为与该天数相应的保证率水位。某水位，该水位就称为与该天数相应的保证率水位。规定要填写年最高水位、规定要填写年最高水位、15、30、90、180、270 天的保证率水位。天的保证率水位。将年内日平均水位从大至小排位，即可找出该年各将年内日平
8、均水位从大至小排位，即可找出该年各保证率水位。保证率水位。五、水位单站合理性检查五、水位单站合理性检查 水位过程线直观检查有无不合理的地方。水位过程水位过程线直观检查有无不合理的地方。水位过程线与降雨过程对照检查有无不合理的地方。线与降雨过程对照检查有无不合理的地方。水位流量关系分析水位流量关系分析一、稳定的水位流量关系一、稳定的水位流量关系 由曼宁公式由曼宁公式知，水位流量关系稳定的条件是知，水位流量关系稳定的条件是：在同一水位下，：在同一水位下，、等因素保持不变，或虽有变化，但能相互补等因素保持不变，或虽有变化，但能相互补偿。偿。（一）人工渠道水位流量关系（一）人工渠道水位流量关系 均为均
9、为稳定的水位流量关系。不同断面形状的水位稳定的水位流量关系。不同断面形状的水位断面、水位流速、水位流量关系可归纳为（断面、水位流速、水位流量关系可归纳为（63）（）（65）式。）式。（二）天然河流水位流量关系的分析（二）天然河流水位流量关系的分析 天然河道一般属宽浅型河道，水面宽远大于水深天然河道一般属宽浅型河道，水面宽远大于水深。1水位面积关系曲线水位面积关系曲线 没有明显冲淤变化的测站，稳定的水位面积关系没有明显冲淤变化的测站，稳定的水位面积关系曲线应为单一曲线。对于曲线应为单一曲线。对于宽浅型河道有宽浅型河道有：可知，稳定的水位面积关系曲线的重要特征是：可知，稳定的水位面积关系曲线的重要
10、特征是：曲线的曲线的斜率是河宽的倒数。斜率是河宽的倒数。随断面形状的不同，水位面积曲线如下性质：随断面形状的不同，水位面积曲线如下性质：单式河槽，河宽渐变增大，曲线下凹。单式河槽，河宽渐变增大，曲线下凹。复式河槽，漫滩水位处，河宽突变，曲线下凹。复式河槽，漫滩水位处，河宽突变，曲线下凹。矩形断面或矩形断面或U型断面，高水时，河宽接近常数，型断面，高水时，河宽接近常数，曲线近似直线。曲线近似直线。上窄下宽断面，河宽随水位升高变小，曲线出现上窄下宽断面，河宽随水位升高变小，曲线出现反曲。反曲。2.水位流速关系曲线水位流速关系曲线 （64）式对水深求导：）式对水深求导：因因 ，所以，所以 故：故：即
11、，曲线上即，曲线上凹。又凹。又故：曲线的渐近线与纵轴平行。故：曲线的渐近线与纵轴平行。当断面出现漫滩或有深潭时，由于漫滩或潭顶处当断面出现漫滩或有深潭时，由于漫滩或潭顶处过水断面发生突变，断面平均流速的变化不连续，从过水断面发生突变，断面平均流速的变化不连续，从而使水位流速关系曲线发生反曲。而使水位流速关系曲线发生反曲。3.水位流量关系曲线水位流量关系曲线 （65）式对水深求导：）式对水深求导：因因 故故 即，曲线下凹。即，曲线下凹。二、不稳定的水位流量关系二、不稳定的水位流量关系 不稳定的水位流量关系，是指测验河段受断而冲不稳定的水位流量关系，是指测验河段受断而冲淤、洪水涨落、变动回水或其它
12、因素的个别或综合影淤、洪水涨落、变动回水或其它因素的个别或综合影响，使响，使水位与流量间的关系不呈单值函数关系水位与流量间的关系不呈单值函数关系。分析这。分析这种水位流量关系的特征，是流量资料整编中的基本课题种水位流量关系的特征，是流量资料整编中的基本课题之一。之一。1.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 洪水涨落影响，是指在涨落水过程中因洪水波传洪水涨落影响，是指在涨落水过程中因洪水波传播引起不同的附加比降，使断面流量与同水位下稳定播引起不同的附加比降，使断面流量与同水位下稳定流流量相比，呈现有规律的增大或减小的现象。对应流流量相比，呈现有规律的增大或减小的现象。对应的
13、水位流量关系呈逆时针绳套曲线。的水位流量关系呈逆时针绳套曲线。基本流量公式基本流量公式 由曼宁公式：由曼宁公式：注意同水位下注意同水位下 为定值，故有：为定值，故有：称称 为涨落率，称为涨落率，称 为校正因素。为校正因素。关系曲线特征关系曲线特征 水位面积关系曲线为单一线，水位流速、水水位面积关系曲线为单一线，水位流速、水位流量关系曲线为逆时针绳套曲线。位流量关系曲线为逆时针绳套曲线。(6-12)这是因为同水位比较：这是因为同水位比较：涨水时，涨水时，落水时，落水时，各水力要素极值出现顺序各水力要素极值出现顺序 1）最高水位出现在最大流量之后）最高水位出现在最大流量之后 证：取微小河段证：取微
14、小河段AB,因洪水波在运动中发生展开与因洪水波在运动中发生展开与扭曲变形，使下游断面流量过程线变胖。涨水时上断面扭曲变形，使下游断面流量过程线变胖。涨水时上断面A的流量大于下断面的流量大于下断面B 的流量，的流量，A 断面峰点过后开始落断面峰点过后开始落水，水，B断面仍在涨水。在时刻断面仍在涨水。在时刻 将会有将会有 ，如，如图图6-11(b)所示。所示。考虑到在考虑到在微小河段，流量微小河段，流量的沿程变化可以忽略的沿程变化可以忽略，即，即认为在认为在 时刻有时刻有由非恒定流连续方程：由非恒定流连续方程：知知 即，在即，在 时刻时刻B断面出现了最高水位。由于断面出现了最高水位。由于AB是微小
15、河段，在宏观上可看作同一断面是微小河段，在宏观上可看作同一断面，故最高水位，故最高水位出现在最大流量之后。出现在最大流量之后。2）最大流速出现在最大流量之前）最大流速出现在最大流量之前 证：证：因最大流量出现时，因最大流量出现时，可知，可知 由于由于此时最高水位尚未出现，仍属涨水段，故此时最高水位尚未出现，仍属涨水段，故说明最大流量出现之前流速已经开始减小，即最大流速说明最大流量出现之前流速已经开始减小，即最大流速已经出现过了。已经出现过了。3）最大比降）最大比降(最大涨率最大涨率)出现在最大流速之前出现在最大流速之前 借用明渠均匀流公式借用明渠均匀流公式考虑到天然河道属宽浅型明渠，水力半径近
16、似为水深考虑到天然河道属宽浅型明渠，水力半径近似为水深，又河段较顺直，非恒定流时，流线近似平行，水流，又河段较顺直，非恒定流时，流线近似平行，水流属渐变流。故属渐变流。故表达河道中的非恒定流流速时误差不大，由此可得表达河道中的非恒定流流速时误差不大，由此可得当最大流速出现时当最大流速出现时 故故最大流速出现时最高水位尚未出现，仍在涨水最大流速出现时最高水位尚未出现，仍在涨水必有必有 说明比降已经开始减小，最大比降已经出说明比降已经开始减小，最大比降已经出现过了。现过了。结论：洪水期各水力因素出现顺序为：结论：洪水期各水力因素出现顺序为：复式绳套中后一个绳套较前一个绳套偏左复式绳套中后一个绳套较
17、前一个绳套偏左 通常，把通常，把单次洪水所形成的绳套线称为单式绳套单次洪水所形成的绳套线称为单式绳套曲线。若一次洪水上涨后尚未退完，另一次洪水又接踵曲线。若一次洪水上涨后尚未退完，另一次洪水又接踵而至，形成而至，形成连续洪峰，与此相应的洪水绳套曲线称复式连续洪峰，与此相应的洪水绳套曲线称复式绳套绳套曲线。曲线。出现连续洪水时，因河道调蓄作用使河谷蓄水，导出现连续洪水时，因河道调蓄作用使河谷蓄水，导致后一次洪水的比降减小。因此，同水位的流量也较前致后一次洪水的比降减小。因此，同水位的流量也较前一次洪水时小，这便使复式绳套中的后一绳套曲线较前一次洪水时小，这便使复式绳套中的后一绳套曲线较前一绳套位
18、置偏左，如图一绳套位置偏左，如图图图 2.受冲淤影响的水位流量关系受冲淤影响的水位流量关系 冲淤情况分类冲淤情况分类 1）不经常性冲淤）不经常性冲淤 冲淤变化只发生在几次较短时段以内，而两次冲冲淤变化只发生在几次较短时段以内，而两次冲淤变化之间的相当长时段内水位流量关系保持稳定，淤变化之间的相当长时段内水位流量关系保持稳定，这种短时段内的冲淤称为不经常性冲淤。这种短时段内的冲淤称为不经常性冲淤。反映在水位反映在水位流量、水位面积关系图流量、水位面积关系图上，其基本持点是关系上，其基本持点是关系点明显成为随时间分布点明显成为随时间分布的几个组带，冲淤期即的几个组带，冲淤期即为由一个组带向另一个为
19、由一个组带向另一个组带的过渡时期，如图组带的过渡时期，如图所示。所示。2）经常性冲淤）经常性冲淤 各次冲淤程度不同各次冲淤程度不同，没有比较确定的稳定阶段、这种冲淤便是经常性冲淤，没有比较确定的稳定阶段、这种冲淤便是经常性冲淤。反映在水位流量、水位面积关系图上，关系点分布非。反映在水位流量、水位面积关系图上，关系点分布非常散乱。常散乱。3）普遍冲淤）普遍冲淤 控制断面或控制河段出现均匀一致的冲淤，称为普控制断面或控制河段出现均匀一致的冲淤，称为普遍冲淤。遍冲淤。它的基本特点是冲淤前后横断面的形状相似，它的基本特点是冲淤前后横断面的形状相似，纵断面比降也基本一致。纵断面比降也基本一致。4）局部冲
20、淤）局部冲淤 横断面形状在冲淤前后剧烈改变，或者纵断面冲淤横断面形状在冲淤前后剧烈改变，或者纵断面冲淤变化交替出现，改变了河道的纵比降，称为局部冲淤。变化交替出现，改变了河道的纵比降，称为局部冲淤。在水位流量、水位面积关系图上，曲线趋势在冲淤前后在水位流量、水位面积关系图上，曲线趋势在冲淤前后有所改变，其变动程度与冲淤严重程度有关。若有所改变，其变动程度与冲淤严重程度有关。若冲淤不冲淤不严重，即冲淤增减的面积占全断面比例较小，高水时有严重，即冲淤增减的面积占全断面比例较小，高水时有良好控制条件，则水位流量、水位面积关系曲线呈现扫良好控制条件，则水位流量、水位面积关系曲线呈现扫帚形帚形，若冲淤严
21、重则冲淤前后曲线形状可能有较大变，若冲淤严重则冲淤前后曲线形状可能有较大变化。化。冲淤情况分析冲淤情况分析 1）切线比较法）切线比较法 稳定的水位面积关系稳定的水位面积关系曲线的斜率是水面宽的倒曲线的斜率是水面宽的倒数，对于有冲淤发生的断数，对于有冲淤发生的断面，此关系并不成立。在面，此关系并不成立。在图图614中中,当水位增加当水位增加，引起面积增加，引起面积增加 ，若这时断面发生冲刷，冲刷引起，若这时断面发生冲刷，冲刷引起的面积增量为的面积增量为 ，此时水位面积关系线的斜率为此时水位面积关系线的斜率为反之，淤积时面积增量为反之，淤积时面积增量为落水情况分析落水情况分析类似，水位下降类似，水
22、位下降 引起的面积增量为引起的面积增量为冲刷时冲刷时面积增量为面积增量为淤积时淤积时面积增量为面积增量为涨冲涨冲涨淤涨淤落落淤淤落落冲冲 2）冲淤过程线法）冲淤过程线法 a.平均河底高程过程线法平均河底高程过程线法 b.同水位面积过程线法同水位面积过程线法 将水位将水位 和和 对应的断面移动到对应的断面移动到水位水位 处，再计处，再计算面积，此即同水算面积，此即同水位面积的含义。位面积的含义。3）横断面图比较法）横断面图比较法 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 测流断面下游水体水位的变化，将导致该测流断面下游水体水位的变化，将导致该断面水面比降和流量的变化，在水位流
23、量关系断面水面比降和流量的变化，在水位流量关系图上使同水位下比降或落差大的关系点偏右、图上使同水位下比降或落差大的关系点偏右、小的偏左，下游水体水位的变化对水位流量量小的偏左，下游水体水位的变化对水位流量量关系的这种影响，称为变动回水影响。关系的这种影响，称为变动回水影响。天然河流中，天然河流中，产生变动回水的原因产生变动回水的原因一般有一般有：洪水期干、支流的相互顶托，下游湖、库或：洪水期干、支流的相互顶托，下游湖、库或海洋等水体水位的的变化，下游渠道闸门的启海洋等水体水位的的变化，下游渠道闸门的启闭，下游河道壅水或水草丛生与冰凌阻塞等。闭，下游河道壅水或水草丛生与冰凌阻塞等。受变动回水影响
24、的流量公式受变动回水影响的流量公式由曼宁公式由曼宁公式同水位下两流量比值同水位下两流量比值或或公式意义：同水位下比较，落差大，流量大。公式意义：同水位下比较，落差大，流量大。基本水尺断面基本水尺断面位于位于两比降断面中间两比降断面中间基本水尺断面基本水尺断面不位于不位于两比降断面中间两比降断面中间 4.受水草及结冰水位流量关系受水草及结冰水位流量关系 水草生长的主要影响是使过水面积减小，而糙率水草生长的主要影响是使过水面积减小，而糙率增大，因壅水使比降减小，从而导致流量减小。反映在增大，因壅水使比降减小，从而导致流量减小。反映在水位流量关系图上，受水草影响的各关系点都分布在畅水位流量关系图上，
25、受水草影响的各关系点都分布在畅流期水位流量关系曲线的左侧。流期水位流量关系曲线的左侧。当测站受结冰影响时，因冰期水道的过水断面面当测站受结冰影响时，因冰期水道的过水断面面积减小，糙率增大，也会使相同水位的流量减小，关系积减小，糙率增大，也会使相同水位的流量减小，关系点也偏于畅流期水位流量关系曲线的左侧。点也偏于畅流期水位流量关系曲线的左侧。5.受混合影响水位流量关系受混合影响水位流量关系 同一测站的水位流量关系，同时受到两种或两种以同一测站的水位流量关系，同时受到两种或两种以上因素的明显影响，称为受混合影响。例如，冲淤与洪上因素的明显影响，称为受混合影响。例如，冲淤与洪水涨落，冲淤与变动回水，洪水涨落与变动回水混合影水涨落，冲淤与变动回水，洪水涨落与变动回水混合影影响等。影响等。