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1、第三章第三章 水文信息的采集与处理水文信息的采集与处理 在河流的一定地点按一定要求建立长在河流的一定地点按一定要求建立长期观测水文要素的测站，利用各种水文仪期观测水文要素的测站，利用各种水文仪器测量并记录水文要素连续变化的情况，器测量并记录水文要素连续变化的情况，叫做叫做水文测验水文测验。第一节第一节 测站与站网测站与站网测站测站:在流域内的一定地点按统一的标准在流域内的一定地点按统一的标准对所需要的水文要素做系统观测以获得信对所需要的水文要素做系统观测以获得信息并进行处理为即时观测的地点息并进行处理为即时观测的地点。站网站网：水文站网是指在一定区域，按一定：水文站网是指在一定区域，按一定原则
2、，用适当数量的各类水文测站构成的原则，用适当数量的各类水文测站构成的水文资料收集系统。水文资料收集系统。水文测站按目的和作用可分为：水文测站按目的和作用可分为：1 1）基本站基本站，是为综合需要的公用目的，经统一规，是为综合需要的公用目的，经统一规划而设立的水文测站。基本站应保持相对的稳定，在划而设立的水文测站。基本站应保持相对的稳定，在规定的时期内连续进行观测，收集的资料应刊入水文规定的时期内连续进行观测，收集的资料应刊入水文年鉴或存入数据库。年鉴或存入数据库。2 2）专用站专用站，是为特定目的而设立的水文测站。不，是为特定目的而设立的水文测站。不具备或不完全具备基本站的特点。具备或不完全具
3、备基本站的特点。水文测站按观测项目又可分为：流量站、水位站、水文测站按观测项目又可分为：流量站、水位站、泥沙站、雨量站、蒸发站、水质站、地下水观测井等。泥沙站、雨量站、蒸发站、水质站、地下水观测井等。水文测站的设立：水文测站的设立：1 1）选择测验河段选择测验河段:断面控制断面控制(B(B、H Hk k)和河和河槽控制（槽控制（Z Z、n n、S S、）。）。2 2）布设观测断面布设观测断面：基线、水准点和各种：基线、水准点和各种观测断面。观测断面。断面布设的要求是断面布设的要求是:1.1.基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流中断面，最好设在测验河段的中
4、央并尽量合而中断面，最好设在测验河段的中央并尽量合而为一，断面的方向应垂直于断面平均流向。为一，断面的方向应垂直于断面平均流向。2.2.在浮标测流中断面的上、下游相等距离处布在浮标测流中断面的上、下游相等距离处布设上、下辅助断面，其间距既要保证浮标流速设上、下辅助断面，其间距既要保证浮标流速的代表性，又要满足计时测量的精度。的代表性，又要满足计时测量的精度。3.3.比降上、下断面应布设在基本水尺断面的上、比降上、下断面应布设在基本水尺断面的上、下游，其间距应满足比降观测的精度。下游，其间距应满足比降观测的精度。第二节第二节 水位观测水位观测水位水位，是指河流、湖泊、水库及海洋等水，是指河流、湖
5、泊、水库及海洋等水体的自由水面离开固定基面的高程，以体的自由水面离开固定基面的高程，以m m计。计。固定基面固定基面：目前全国统一采用：目前全国统一采用黄海基面黄海基面，以往使用过大沽基面、吴淞基面、珠江基以往使用过大沽基面、吴淞基面、珠江基面等。面等。使用水位资料时一定要查清其基面。使用水位资料时一定要查清其基面。如某一水位观测资料是基于吴淞基面，换如某一水位观测资料是基于吴淞基面，换成黄海基面：成黄海基面：观测水位观测水位(黄海基面黄海基面)=)=现观测水位（吴淞现观测水位（吴淞基面）基面）-2.280m-2.280m水位观测的常用设备有水位观测的常用设备有水尺水尺和和自记式水位自记式水位
6、计。计。水尺水尺观测时，水面在水尺上的读数观测时，水面在水尺上的读数+水尺零点高水尺零点高程程=水位。水位。自记式水位计自记式水位计能将水位变化的连续过程自动记能将水位变化的连续过程自动记录下来。录下来。水位平稳时，每日水位平稳时，每日8 8时观测一次。时观测一次。水位变化缓慢时（日变幅在水位变化缓慢时（日变幅在0.12m0.12m以内），每日以内），每日8 8、2020时各观测一次。时各观测一次。日变幅在日变幅在0.12m-0.24m0.12m-0.24m时，每日时，每日2 2、8 8、1414、2020时时各观测一次，采用各观测一次，采用4 4段制观测。段制观测。总之，水位观测次数要随水位
7、变化迅速程度来加总之，水位观测次数要随水位变化迅速程度来加密，有峰谷时，还要读出波峰和波谷的读数。密，有峰谷时，还要读出波峰和波谷的读数。日平均水位的计算日平均水位的计算1.1.算术平均法算术平均法2.2.一日内水位平稳，或虽有变化，但观测一日内水位平稳，或虽有变化，但观测时距相等，则可将各次观测值相加，取其平时距相等，则可将各次观测值相加，取其平均值。均值。日平均水位的计算日平均水位的计算2.2.面积包围法面积包围法 一日内水位变化较大，而且观测时距不等，一日内水位变化较大，而且观测时距不等，即将本日零时至即将本日零时至2424时水位过程线所包围的面时水位过程线所包围的面积，除以一日时间而求
8、得。积，除以一日时间而求得。Z0Z1t1Z2Zn-2Zn-1ZnZ3t2t3tn-1tn 观测以及分析计算出的水文资料可以观测以及分析计算出的水文资料可以整编成日、月、年平均水位和平均流量，整编成日、月、年平均水位和平均流量，汛期水位和流量过程，刊登于水文年鉴或汛期水位和流量过程，刊登于水文年鉴或水文数据库。水文数据库。水位和流量资料整编水位和流量资料整编第三节第三节 流量测验流量测验测流的方法：测流的方法：n流速面积法（流速仪测流、浮标法测流等）流速面积法（流速仪测流、浮标法测流等）n水力学法（量水建筑物等）水力学法（量水建筑物等）n化学法（溶液法、稀释法等）化学法（溶液法、稀释法等）n物理
9、法（超声波法、光学法等）物理法（超声波法、光学法等）流速仪测流流速仪测流由于河流断面上的流速是不均匀的，需分块计算由于河流断面上的流速是不均匀的，需分块计算平均流速和流量，首先用从水面至河底的数条垂线将平均流速和流量，首先用从水面至河底的数条垂线将测流断面划分成数块部分面积测流断面划分成数块部分面积A A1 1，A A2 2A A，然后，然后测出每块小面积上的平均流速测出每块小面积上的平均流速，。根。根据下式计算流量：据下式计算流量：河流断面河流断面测深垂线测深垂线部分面积部分面积A1A2A3A4A5A6A7A8部分面积平均流速部分面积平均流速V2V1V3V7V4V6V8V5断面流量计算示意图
10、断面流量计算示意图断面流量测验示意图断面流量测验示意图B(m)O布设测深垂线测布设测深垂线测水深水深 H(m)测算测算间距间距b1b2b3b4b5b6b7b8布设测速垂线测流布设测速垂线测流速速V1，V2，V3，V4，V5，V6，V1，H2H1H5H3H6H4H7 V （m3/s)1 1 部分面积测量部分面积测量 测量各垂线上的水深一般采用测深锤、测深测量各垂线上的水深一般采用测深锤、测深杆，水深很深时亦可采用超声波仪器测深。由此杆，水深很深时亦可采用超声波仪器测深。由此可得各垂线水深可得各垂线水深 H，HHn。部分面积计算部分面积计算采用梯形法。采用梯形法。测量起点距的方法有断面索法、仪器测
11、角交测量起点距的方法有断面索法、仪器测角交会法、会法、GPSGPS定位法等。由此可得各垂线水深定位法等。由此可得各垂线水深 b b1 1，b bb bn n。2.2.部分面积平均流速测验部分面积平均流速测验 测深垂线一般也是测速垂线。常用测深垂线一般也是测速垂线。常用一点法，二点法，三点法和五点法四种。一点法，二点法，三点法和五点法四种。H(m)V(m/s)0.6一点法Vm=V0.60.20.8二点法Vm=1/2（V0.2+V0.8）三点法Vm=1/3（V0.2+V0.6+V0.8）各部分面积平均流速计算如下：各部分面积平均流速计算如下：中间部分中间部分 两岸水边两岸水边 式中，式中，称岸边系
12、数，斜坡岸边称岸边系数，斜坡岸边0.670.75；陡；陡岸岸0.80.9；死水区；死水区0.50.37。死水区不计。死水区不计算流量。算流量。V1=Vm1Vn+1=VmnVi=1/2(Vmi-1+Vmi)3 3部分流量的部分流量的计算算 由各部分的由各部分的部分平均流速与部分面积之积得部分平均流速与部分面积之积得到部分流量。到部分流量。4.4.断面流量及其他水力要素的断面流量及其他水力要素的计算算断面流量断面流量断面平均流速断面平均流速断面平均水深断面平均水深qi=ViAi在洪水期水位较高无法采用流速仪测流，或在洪水期水位较高无法采用流速仪测流，或洪水调查时，常采用浮标测速方法。洪水调查时，常
13、采用浮标测速方法。现在，一些测站应用超声波测速方式，观测现在，一些测站应用超声波测速方式，观测断面流速和流量。断面流速和流量。当水文资料缺乏和不充分时，需进行洪水调当水文资料缺乏和不充分时，需进行洪水调查。查。n水文年鉴和水文数据库水文年鉴和水文数据库(水文要素、测水文要素、测站分布图、各水文站位置图、说明表等）站分布图、各水文站位置图、说明表等）n水文手册和水文图集水文手册和水文图集（等值线图、经验（等值线图、经验公式、图表、关系曲线）公式、图表、关系曲线）n水文调查水文调查（历史洪、枯、暴雨调查）（历史洪、枯、暴雨调查）收集水文信息的基本途径：收集水文信息的基本途径：稳定的水位流量关系稳定
14、的水位流量关系 在河床稳定，控制良好的情况下，水位流量关系在河床稳定，控制良好的情况下，水位流量关系比较稳定。在方格纸上，以纵坐标代表水位，横坐标比较稳定。在方格纸上，以纵坐标代表水位，横坐标代表流量，将实测水位和流量的数据点绘上去。若点代表流量，将实测水位和流量的数据点绘上去。若点子分布成一带状，且有以上的中高水流速仪测子分布成一带状，且有以上的中高水流速仪测点与平均关系曲线的偏离不超过点与平均关系曲线的偏离不超过，则可以定为单，则可以定为单一水位流量关系曲线。一水位流量关系曲线。第七节第七节水文数据处理水文数据处理水位水位Z(m)流量流量Q(m3/s)稳定的水位流量关系曲线水位水位Z(mZ
15、(m)流量流量Q(mQ(m3 3/s)/s)受洪水涨落影响的水位流量关系曲线受洪水涨落影响的水位流量关系曲线Q落Q涨涨水落水稳定水位水位Z(mZ(m)流量流量Q(mQ(m3 3/s)/s)受冲淤影响的水位流量关系曲线受冲淤影响的水位流量关系曲线Q淤Q冲冲后淤后稳定Q稳水位流量关系曲线的高水延长水位流量关系曲线的高水延长:n水位面积与水位流速关系高水延长水位面积与水位流速关系高水延长n用断面特征法高水延长用断面特征法高水延长 水位流量关系曲线的低水延长水位流量关系曲线的低水延长:水位流量关系曲线的低水延长一般是水位流量关系曲线的低水延长一般是以断流水位（以断流水位（Z Z0 0，0 0）作控制进行水位流）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。量关系曲线向断流水位方向所作的延长。断流水位的推求断流水位的推求Z0：基于：基于“两个假定两个假定”。两个两个假定假定