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1、3.1 3.1 概述 水文站网的规划、布设和调整，水文站网的规划指拟定和选择水文测站合理布局的方案。水文测验工作包括下列各方面：水文测验：指系统地收集和整理水文资料的技术工作的指系统地收集和整理水文资料的技术工作的统称。狭义的水文测验指水文要素的观测。水文统称。狭义的水文测验指水文要素的观测。水文测验是水文学的基础。测验是水文学的基础。第1页/共52页 水文测站上的观测按设站要求分别在站上进行水位观测，流量测验，泥沙测验，水质、水温、冰情、降水量、蒸发量、土壤含水量和地下水位等观测。水文测验方法的研究和技术标准的制订（测验时制、度量单位、精度要求、计算方法和工作程序等），使得到的各项资料能在同
2、一基础上进行比较和分析。第2页/共52页 水文资料整编按照统一的方法和格式，对测得的资料进行整理，汇编成为系统的成果。巡回测验和水文调查。第3页/共52页3.1.1 3.1.1 水文测站 水水文文测测站站:水水文文测测验验的的基基本本单单位位，其其主主要要任任务务是是对对指指定定的的地地点点的的水水文文要要素素进进行行系系统统观观测测和整编。水文测站分为和整编。水文测站分为:基本测站 专用测站第4页/共52页水文站网水文站网：系指在整个流域（或地区）上水文测站的总体。系指在整个流域（或地区）上水文测站的总体。基基本本测测站站：为为掌掌握握全全国国各各地地水水文文情情况况而而设设立立的的，故故需
3、需统统一一规规划划和和布布设设，对对水水文文要要素素要要长长期期观测，测验按规范进行。观测，测验按规范进行。专专用用测测站站：为为专专门门科科学学研研究究或或为为某某水水利利工工程程而设立的水文站，其工作内容由设站目的而定。而设立的水文站，其工作内容由设站目的而定。第5页/共52页3.1.2 水文测站的设立(1)测验河段的选择 设站地点要服从总体布局的要求；设站地点要服从总体布局的要求；便便于于水水文文测测验验（保保证证测测验验结结果果有有必必要要的的精精度度）和资料的整理。和资料的整理。第6页/共52页(2)水文站测验河段中各种测验断面的布设按所测定的项目不同，可分为以下四种测验断面：按所测
4、定的项目不同，可分为以下四种测验断面：基本水尺断面基本水尺断面:测定河流水位，及横断面面积 流速仪测流断面:测定水流的流速 浮标测流断面:测定水流的流速 比降断面:分布有上下二个断面，用以测定河段的水面比降，进而估算河床的糙率第7页/共52页Du 投放浮标断面L/2L/2水准点水文站测验河段基本断面布设示意图 基本水尺断面/流速仪测流断面/浮标测流中断面 浮标上下测流断面(L5080u)比降上下断面起桩点 300基 线第8页/共52页 指指水水体体的的自自由由水水面面离离开开固固定定基基准准面面的的距距离离，我国目前一般统一采用黄海海平面作为基准面。我国目前一般统一采用黄海海平面作为基准面。水
5、位观测的设备：水位观测的设备：水位观测的设备：水位观测的设备：3.2 3.2 水位的观测与资料整理水位：水位：水位：水位：3.2.1 3.2.1 水位的观测：水位的观测：自记水位计：能自动记录水位的连续变化过程水尺：直立式、倾斜式、矮桩式、悬锤式第9页/共52页自计水位计：组成：感应、传感、记录 型式：浮子式、压力式、超声波式水位观测的内容：水位观测的内容：基本水尺/比降水尺观测时间：人工观测：（1）水位平缓变化缓慢时：每日8时一次或8时、20时两次（2）水位变化较大时：每日2、8、14、20时观测4次，洪水期加密观测第10页/共52页式中，Zi 第 i 次水位观测值；n 一日内水位观测的次数
6、。3.2.2 3.2.2 水位观测资料的整理 计算日计算日 /月月 /年平均水位年平均水位 水位过程线水位过程线日平均水位的计算日平均水位的计算日平均水位的计算日平均水位的计算：算术平均法算术平均法该法适合于水位变化缓慢或变化大但等时距观测的情况。第11页/共52页 Z0 Z1 Z2 Zi Zn-1 Znt1 t2 t3 ti tn-1 tnZ(m)t时间加权法求日平均水位示意图时间加权法求日平均水位示意图 时间加权法 该法适合于水位变化大且不等时距观测的情况。时间加权法计算公式：时间加权法计算公式：式中，Z0,Z1,Zn 一日内各次观测的水位值(m)t1,t2 tn 相邻二次水位观测间的时距
7、(hr)第12页/共52页3.3 3.3 流量的测验流量流量:单位时间内通过河流某断面的水量(m3/s)式中,Q 流量,m3/s;断面平均流速,m/s;A 过水断面面积,m2.第13页/共52页流量的测验的步骤：流量的测验的步骤：过水断面面积的测量过水断面面积的测量 流速的测量流速的测量 断面流量的计算断面流量的计算第14页/共52页确定各测深点水位确定各测深点水位3.3.1 3.3.1 测流断面的测量布置测深垂线布置测深垂线测量各测深点的水深测量各测深点的水深 测定各测深点的横向位置测定各测深点的横向位置(起点距起点距)绘出过水断面图绘出过水断面图第15页/共52页起点桩 b1 bi起点距W
8、iH1 Hi Hi+1测深垂线断面索测流断面示意图第16页/共52页3.3.2 3.3.2 流速的测量JJ 流速仪法流速仪法JJ 浮标法浮标法第17页/共52页(1)(1)流速仪法测速和流量计算a.测速设备：转子式流速仪，其主要构件有：感应流速的旋转器感应流速的旋转器 记录器记录器 尾翼尾翼 铅鱼铅鱼类型：类型：旋杯式流速仪 旋浆式流速仪第18页/共52页式中，V 河流流速；T 测速历时；N 转子转动的转数；n 转速（转数）；K,C 常数，由率定求到。流速仪测速原理：V=K N/T+C=K n+C第19页/共52页 5m 测速垂线上测速点的布置，常有一点式，二点式，三点式和五点式。b.断面上测
9、速垂线和测速点的布设 当水面宽度 5m,测速垂线的数目5数目数目测点位置测点位置适合的水深适合的水深(m)(m)一点一点0.6h or 0.5h0.6h or 0.5h1.53.03.0第20页/共52页过水断面面积的总流量过水断面面积的总流量流量计算:计算流量的步骤：测点流速测点流速求垂线平均流速求垂线平均流速相邻二垂线间面积的平均流速相邻二垂线间面积的平均流速部分面积上的流量部分面积上的流量第21页/共52页a.a.求垂线平均流速按测点数区分的公按测点数区分的公式名称式名称计计 算算 公公 式式适合的水深适合的水深(m)(m)一点法一点法V Vm m=V=V0.60.6 1.5 3.0 3
10、.0【注】V0.2,V0.6,V0.8,V1.0分别表示相应水深为0.2h,0.6h,0.8h和河底处测点的流速第22页/共52页 H1 H2 H3 H4 H5W2 W3 W4 W5W1W6 b1 b2 b3 b4 b5 b6Vm1Vm5Vm4Vm3Vm2断面流量计算示意图已知各垂线平均流速，则可绘出流速分布图:第23页/共52页 中间部分面积按梯形面积公式计算：岸边的部分面积按三角形面积计算：b.b.求测流面积上的部分面积第24页/共52页 中间部分面积上的平均流速计算：靠岸边部分面积上的平均流速计算：式中，Vm1 靠岸边第一条测线的平均流速 流速系数/岸边系数:斜坡岸，=0.7 陡坡岸，=
11、0.8光滑坡岸，=0.9 死水边，=0.6c.c.求部分面积上的平均流速第25页/共52页式中，Wi 断面上的部分面积(m2)e.e.过水断面平均流速的计算：过水断面平均流速的计算：式中，W 过水断面总面积(m2)d.d.过水断面流量的计算：部分面积上的平均流速(m/s)第26页/共52页 a.a.水面虚流速的计算水面虚流速的计算式中，Vfi 第i 个浮标的虚流速(m/s)Lf 上下浮标断面间的距离(m)Ti 第i 个浮标流经上下浮标断面的时间(s)3.3.3 3.3.3 浮标法测速和流量计算LfTi第27页/共52页Vf0 Vm,i-1 VmiWiV Vfi xb.b.绘制虚流速分布图：第2
12、8页/共52页 根据虚流速分布图，求部分面积的虚流量：求断面总面积的虚流量：c.c.计算断面流量：第29页/共52页 Kf 浮标系数(Kf=0.70.95)浮标系数与浮标类型、风力风向及河流状况浮标系数与浮标类型、风力风向及河流状况等因素有关。等因素有关。可通过流速仪与浮标测流的比测实验来确定，可通过流速仪与浮标测流的比测实验来确定，即利用同期二种方法测流的资料进行对比，从而即利用同期二种方法测流的资料进行对比，从而求出求出Kf。计算过水断面的平均流量式中，为各部分虚流量之和；第30页/共52页3.4.1 3.4.1 水位水位Z Z-流量流量Q Q 关系关系3.4 3.4 流量资料的整理 一个
13、水文站的水位和流量的关系是指测站基本水尺断面处的水位与通过该断面的流量之间的关系。整理水位与流量的关系有如下几种情况：第31页/共52页绘制以下几条曲线：Z(m)Q/F/V稳定的水位稳定的水位(Z)流量流量(Q)关系关系ZQ ZFQ-FV 0.01（1 1）稳定的Z Z Q Q 关系曲线的确定 Z QZ Q 的关系曲线的关系曲线的关系曲线的关系曲线 Z-FZ-F(过水断面过水断面过水断面过水断面)的关系曲线的关系曲线的关系曲线的关系曲线 Z-VZ-V(断面平均流速断面平均流速断面平均流速断面平均流速)的关系曲线的关系曲线的关系曲线的关系曲线ZV第32页/共52页天然河道的流量可用下式表示：天然
14、河道的流量可用下式表示：式中，Q 流量；F 过水断面；R 水力半径；n 糙率；J 水面比降(2)(2)不稳定的水位流量关系曲线确定：结论：结论：结论：结论：由上式可以判断，水位一定，流量仍受到由上式可以判断，水位一定，流量仍受到由上式可以判断，水位一定，流量仍受到由上式可以判断，水位一定，流量仍受到许多因素的影响，故水位和流量不是单一的函数许多因素的影响，故水位和流量不是单一的函数许多因素的影响，故水位和流量不是单一的函数许多因素的影响，故水位和流量不是单一的函数关系，即不稳定的水位流量关系。关系，即不稳定的水位流量关系。关系，即不稳定的水位流量关系。关系，即不稳定的水位流量关系。第33页/共
15、52页 Q淤 Q稳 Q冲ZQ冲淤受冲淤影响的水位流量关系曲线示意图 水位流量关系受单一因素的影响 采用“临时曲线法”：第34页/共52页ZQ落 Q涨涨水落水受洪水涨落影响时的水位流量关系曲线示意图第35页/共52页29 10 11 126 7 82tZZQ134 513456711 109128 水位流量受多因素的影响 采用“连时序法”：Q3 Q4Q1Z1Q2Z2Z1 Z2,Q1 Q2第36页/共52页 根据水位(Z)过水断面面积(F)，水位 流速(V)的关系曲线进行延长：3.4.2 3.4.2 水位流量关系曲线的延长(1)(1)高水位高水位Z Q 的延长方法：的延长方法：延长的依据：延长的依
16、据：延长的依据：延长的依据：当河床比较稳定，河槽形状无很大变化的测站，在高水位时，水位过水断面面积，水位流速的关系曲线常为一线性关系，而且水位流速的关系直线近似平行于垂轴。则可按此趋势延长。第37页/共52页高水位Z Q 的延长的具体步骤：Z(m)Q/F/VZ QZ VQ=VFZ F 由实测资料绘制水位面积关系曲线；由实测资料绘制水位面积关系曲线；根据水位流速关系曲线，从上端按直线趋势延长；根据水位流速关系曲线，从上端按直线趋势延长；按按 延延 长长 部部 分分各各级级水水位位和和相相应应的的过过水水断断面面积积相相乘乘，即即得得到到延延长长部部分分的的流流量量水水位位的的关系曲线。关系曲线。
17、第38页/共52页BH 根据曼宁公式进行延长（适用于宽浅型河道）：式中，n 河床糙率;R 水力半径;I 水面比降;断面的平均水深.计算断面平均流速的曼宁公式为：根据测站的具体情况，可按以下的二种方法进根据测站的具体情况，可按以下的二种方法进根据测站的具体情况，可按以下的二种方法进根据测站的具体情况，可按以下的二种方法进行延长：行延长：行延长：行延长：第39页/共52页a.a.求出Z(中低水位)n(糙率)的关系，顺势延长高水位段的水位Z 糙率n的关系曲线（呈直线关系），则可求到高水位的糙率n。具有比降观测资料的测站：已知实测的流速V 水面坡降I F(断面要素)的关系按以下几个步骤进行：按以下几个
18、步骤进行：按以下几个步骤进行：按以下几个步骤进行：根据公式第40页/共52页实测段nZ高水位段高水位时，Z n 呈直线关系第41页/共52页c.c.求高水位时的断面平均流量：注：需要高水位时实测的平均水深 和比降 Ib.按谢才公式和曼宁公式求高水位的断面平均流速：d.d.得出高水位 Z 的关系曲线第42页/共52页a.a.改写曼宁公式为下列形式：式中，断面的平均水深，其它符号同前 对于宽浅河道，缺乏比降和糙率资料测站：由上式可知，只要求到高水位时的 和 ，则可求到高水位时的 流量Q。第43页/共52页b.绘制一般水位下的水位的关系曲线，即的关系曲线Z ZQ ZFH2/3 Zn-1I1/2高水位
19、部分Q=(FH2/3)(1/nI1/2)c.c.在高水位部分，近似等于常数，则可对的关系曲线按直线关系进行趋势延长。第44页/共52页d.根据实测资料，点绘 关系曲线（包括高水位的部分）e.e.高水位部分，有不同水位相应的 与 值，则可得到高水位时相应的流量:第45页/共52页Z ZQ ZFH2/3 Zn-1I1/2高水位部分Q=(FH2/3)(1/nI1/2)f.f.按此外延 Z Q的关系曲线，即得到高水位的Z Q的关系曲线。第46页/共52页Qa Qb QcZZcZbZa 趋势法：趋势法：(2)(2)低水位Z Q 的延长方法：Z0石梁石梁/浅滩浅滩 以断流水位(Q=0)作为控制水位点，从实
20、测部分向下延长。测站下游的浅滩、石梁及取基本水尺断面的最低点均可作为断流水位Z0第47页/共52页 假定中低水位部分的水位和流量的关系可表示为：式中，Z0 断流水位；n,K 经验常数。在实测Z Q 关系曲线上，取(Za,Qa),(Zb,Qb),(Zc,Qc)三个点，使满足：将(A)代入上式得：分析法:Qa Qb QcZ0ZZcZbZa(A)第48页/共52页3.4.3 3.4.3 流量资料的整编根据根据根据Z QZ QZ Q关系曲线关系曲线关系曲线 Q(t)tQ(t)tQ(t)t统计各种的流量特征值，统计各种的流量特征值，统计各种的流量特征值，如日如日如日/月月月/年平均流量等。年平均流量等。
21、年平均流量等。由于水文站具有连续的水位监测数据Z(t)，因此通过ZQ的关系曲线，可获取连续的流量Q(t)的数据，在此基础上，可以方便地进行各种流量特征值的计算和统计：第49页/共52页3.5 3.5 水文资料的搜集 收集水文资料是水文分析和计算的基础，水文资料的主要来源有：l ll 水文年鉴水文年鉴水文年鉴水文年鉴水文年鉴水文年鉴 各地区的水文手册和各种水文图册各地区的水文手册和各种水文图册各地区的水文手册和各种水文图册各地区的水文手册和各种水文图册各地区的水文手册和各种水文图册各地区的水文手册和各种水文图册 水质资料水质资料水质资料水质资料水质资料水质资料 各种调查资料，它是获取水文资料的一种补各种调查资料，它是获取水文资料的一种补各种调查资料，它是获取水文资料的一种补各种调查资料，它是获取水文资料的一种补各种调查资料，它是获取水文资料的一种补各种调查资料，它是获取水文资料的一种补充：洪水调查、暴雨调查、枯水调查充：洪水调查、暴雨调查、枯水调查充：洪水调查、暴雨调查、枯水调查充：洪水调查、暴雨调查、枯水调查充：洪水调查、暴雨调查、枯水调查充：洪水调查、暴雨调查、枯水调查第50页/共52页BREAK第51页/共52页谢谢您的观看！第52页/共52页