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1、第一节第一节水文测站与站网水文测站与站网内容提要1.水文测站的内容和分类；2.水文站网的定义和布设原则；3.水文测站的设立；4.收集水文信息的基本途径。第1页/共52页3.1.1水文测站水文测站在流域内一定地点(或断面)按统一标准对所需要的水文要素作系统观测，以获取信息并进行处理为即时观测信息，这些指定的地点称为水文测站。水文测站所观测的项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等。只观测上述项目中的一项或少数几项的测站,则按其主要观测项目而分别称为水位站、流量站(也称水文站)、雨量站、蒸发站等。第2页/共52页根据测站的性质,河流水文测站又可分为：-基本站基本站:是水文
2、主管部门为全国各地的水文情况而设立的,是为国民经济各方面的需要服务的。-专用站专用站：是为某种专门目的或用途由各部门自行设立的。这两类测站相辅相成，专用站在面上辅助基本站，而基本站在时间系列上辅助了专用站。第3页/共52页3.1.2水文站网水文站网水文测站在地理上的分布网称为水文站网。广义的站网是指测站及其管理机构所组成的信息采集与处理体系。水文站网布站的原则布站的原则是：通过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，达到可以内插流域内任何地点水文要素的特征值，这也就是水文站网的水文站网的作用作用。水文站网规划的任务规划的任务：就是研究测站在地区上分布的科学性、合理性、最优化等问题。第4页/共5
3、2页3.1.3水文测站的设立水文测站的设立水文测站的设立包括选择测验河段和布设观测断面。-测验河段的选择原则测验河段的选择原则在满足设站目的要求的前提下，保证工作安全和测验精度，并有利于简化水文要素的观测和信息的整理分析工作。-观测断面的布设观测断面的布设水文测站一般应布设基线、水准点和各种断面，即基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、比降断面。第5页/共52页水文测站基线与断面布设示意图第6页/共52页 1)1)基线：基线：基线的长度视河宽B而定,一般应为0.6B。2)2)水准点：水准点：基本水准点、校核水准点 3)3)基本水尺断面上设立基本水尺基本水尺断面上设立基本水尺4)4)测流断
4、面：测流断面：与基本水尺断面重合，且与断面平均流向垂直。5)5)浮标测流断面：浮标测流断面：一般中断面应与流速仪测流断面重合，上、下断面之间的间距不宜太短，其距离应为断面最大流速的5080倍。6)6)比降断面设立比降水尺比降断面设立比降水尺用来观测河流的水面比降和分析河床的糙率第7页/共52页第二节第二节水位观测水位观测内容提要1.水位的定义和使用的基面；2.观测水位的设备和方法；3.日平均水位的计算；学习要求掌握水位观测的设备、方法和计算日平均水位的两种计算方法。第8页/共52页3.2.1 3.2.1 水位水位水位指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以m计。水位与高程数值一样，要
5、有一个基面作为起点，水文测验中采用的基面有：绝对基面绝对基面：将某一海滨地点平均海水面的高程定为0.000m，作为水准基面。我国曾沿用过大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面，现在统一规定的基面为青岛黄海基面。假定基面假定基面：在水文测站附近没有国家水准点情况下暂时假定的一个水准基面。第9页/共52页测站基面测站基面：某些水文测站专用的一种假定基面，一般选择在河床最低点或历年最低水位以下0.51.0m处的水平面作为零点来计算水位高度。冻结基面冻结基面：将测站第一次使用的基面冻结下来作为永久固定基面的一种基面，也属水文测站专用的另一种假定基面。使用水位资料时一定要查清其基面基面。第10页/
6、共52页第11页/共52页第12页/共52页3.2.2观测水位的设备和方法观测水位的设备和方法(一)观测水位的设备水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类。1.水水尺尺按水尺的构造形式不同可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式4种。观测时记录水尺读数，水位按下式计算：水位=水尺零点高程+水尺读数式中，水尺零点高程是指水尺板上刻度起点的高程，可以预先测量出来。第13页/共52页2.自记水位计自记水位计自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来，有的还能将所观测的数据以数字或图像的形式远传室内，使水位观测工作趋于自动化和远传化。WYD10型压力式遥测水文计第14页/共52页（二）水位的观测（二）水
7、位的观测水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。基本水尺的观测是分段定时观测。当水位变化缓慢时(日变幅在0.12m以内)，每日8时和20时各观测一次(称2段制观测，8时是基本时)；枯水期日变幅在0.06m以内，用1段制观测；日变幅在0.120.24m时，用4段制观测；有峰谷出现时，还要加测。降水尺观测的目的降水尺观测的目的是计算水面比降，分析河床糙率等。其观测时间和次数，视需要而定。第15页/共52页3.2.3日平均水位的计算日平均水位的计算1983年赣江吉安站逐日平均水位表第16页/共52页日平均水位计算方法（1）算术平均法：适用于一日内水位变化缓慢，或水位变化较大，但系等时距人工观测或从自
8、己水位计上摘录情况。（2）面积包围法：适用于一日内水位变化较大，且系不等时距观测或摘录情况。即将当日024小时内水位过程线所包围的面积，除以一日时间求得。第17页/共52页第三节第三节流量测验流量测验学习要求：掌握水道断面测量（包括水深和起点距的测量）的方法；流速仪及其测速；流量计算的步骤和方法。第18页/共52页3.3.1概述概述测量流量的方法很多，常用的方法为流速面积法，其中包括流速仪测流法、浮标测流法、比降面积法等，本节主要介绍流速仪法测流。流速仪法是用流速仪测定水流速度，并由流速与断面面积的乘积来推求流量的方法。它是目前国内外广泛使用的测流方法，也是最基本的测流方法。第19页/共52页
9、流速仪法思路：用流速仪测流实际上是将过水断面划分为若干部分，计算出各部分面积；然后用流速仪近似地测算出各部分面积上的平均流速；两者的乘积为通过各部分面积的流量；累积各部分面积上的流量即得全断面的流量。第20页/共52页第21页/共52页(一一)断面测量断面测量水道断面的测量，是在断面上布设一定数量的测深垂线，施测各条垂线的水深，同时测得每条测深垂线与岸上某一固定点（断面的起点桩，一般设在左岸）的水平距离（称为起点距），并同时观测水位，用施测时的水位减去水深，得到各测深垂线处的河底高程。第22页/共52页第23页/共52页v-水深测量测量水深的方法通常用测深杆、测深锤、铅鱼直接测出每根测深垂线的
10、水深。当水很深、流速很大时，可用回声测深仪测量水深。第24页/共52页-起点距的测定起点距的测定断面索法断面索法是在断面上架设钢丝缆索，每隔适当距离做上标记，并事先测量好它们的位置，测量水深的同时，直接在断面索上读出起点距。这种方法适合于河宽较小、水上交通不多、有条件架设断面索的河道测站，精度较高。第25页/共52页交会法交会法)经纬仪岸上交会经纬仪岸上交会法法：水文站在布设测流断面时，同时布设基线，并用精确方法量出基线的长度，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测出角度，则起点距为D=Ltg。交会法示意图第26页/共52页)六分仪船上交会法六分仪船上交会法：当河道较宽时，岸上与船上联络困难，风
11、浪较大时用经纬仪瞄准河中活动的目标，施测有些困难，此时可使用六分仪交会法。手握仪器即可测出角，能在船上使用，因此水文勘测中经常使用。计算起点距的公式为：D=Lctg第27页/共52页(二二)流速仪流速仪测速测速旋杯式旋桨式LS68-2型旋杯式流速仪第28页/共52页流速仪测速原理流速仪测速原理是利用水流冲动流速仪的旋杯或旋桨，同时带动转轴转动，在装有信号的电路上发出讯号，便可知道在一定时间内的旋转次数，流速愈大，转轴转得愈快，流速与转速之间有一定的关系。式中：N-流速仪在测速历时T内的总转数，一般是根据讯号数，再乘上每一讯号代表的转数求得；T-测速历时，为了消除水流脉动的影响，测速历时一般不应
12、少于100s。第29页/共52页-流速测量流速仪只能测得某点的流速，为了求得断面平均流速，首先在断面上布设一些测速垂线（一般在测深垂线中，选择若干 条同时兼作测速垂线），在每一条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速，最后根据测点流速的平均值求得测线平均流速，再由测线平均流速求得部分面积平均流速，进而推得断面流量。测速垂线数目，根据河宽、水深来确定。测速垂线上的测点数，根据垂线的水深，流速仪的悬吊方式和测量精度的要求来确定。第30页/共52页我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定：(三三)流量计算流量计算流速仪测流时有专用的记录和计算表格，通常在测流时随即计算流量。方法方法是：点流速-垂线平
13、均流速-部分面积平均流速-乘以对应的部分断面面积-部分流量-全断面流量。第31页/共52页第32页/共52页 1.1.垂线平均流速的计算垂线平均流速的计算一点法：Vm=V0.6二点法：Vm=(V0.2+V0.8)/2三点法：Vm=(V0.2+V0.6+V0.8)/3五点法：Vm=(V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0)/10第33页/共52页2.2.部分面积平均流速的计算部分面积平均流速的计算部分面积平均流速是指两测速垂线间部分面积的平均流速，以及岸边或死水边与断面两端测速垂线间部分面积的平均流速。-中间部分面积平均流速的计算Vi=(Vmi-1+Vmi)-岸边部分面积平均流速
14、的计算V1=Vm1或Vn=Vmn3.3.部分面积的计算部分面积的计算部分面积是以测速垂线为分界。岸边部分按三角形计算，中间部分按梯形计算。第34页/共52页4.4.部分流量的计算部分流量的计算 由各部分的部分平均流速与部分面积之积得到部分流量。5.5.断面流量的计算断面流量的计算第35页/共52页3.3.3 3.3.3 浮标法测流浮标法测流浮标测流法是一种简便的测流方法。在洪水较大或水面漂浮物较多，特别是在使用流速仪测流有困难的情况下，浮标法测流是一种切实可行的办法。浮标测流的主要工作是观测浮标漂移速度，测量水道横断面，以此来推估断面流量。凡能漂浮在水面上的物体都可以制成浮标。第36页/共52
15、页方法：用水面浮标法测流时，测得的是浮标在水面的漂移速度，这种流速称浮标虚流速，它不能代表断面平均流速，将它与过水断面相配合，计算出断面虚流量，然后乘上浮标系数才能得到断面实际的流量。第37页/共52页第四节第四节 水文调查水文调查水文调查是补充定位观测的不足，使水文资料更加系统完整，更好地满足水资源开发利用、水利水电建设及其它国民经济建设的需要的一种有效手段。3.4.1洪水的调查洪水的调查洪水调查工作包括：调查洪水痕迹洪水发生的时间、灾情测量、洪水痕迹的高程、了解调查河段的河槽情况；了解流域自然地理情况；测量调查河段的纵横断面；必要时应在调查河段进行简易地形测量；对调查成果进行分析，推算洪水
16、总量、洪峰流量、洪水过程及重现期，最后写出调查报告。第38页/共52页当洪水痕迹高程确定以后，可推算出相应于此洪水位的洪峰流量。常用的方法有：(1)水位流量关系法如果调查河段附近有水文站，则可利用水文站的水位流量关系曲线加以延长，以求得洪峰流量。(2)比降法当能够确定调查河段的水面比降或者在没有水文站的河段上，可采用下式计算。第39页/共52页3.4.2 3.4.2 暴雨调查暴雨调查暴雨调查有两种：调查历史暴雨和调查现代暴雨。暴雨调查的主要内容有：暴雨成因、暴雨量、暴雨起迄时间、暴雨变化过程及前期雨量情况、暴雨走向及当时主要风向风力变化等.第40页/共52页3.4.3 3.4.3 枯水调查枯水
17、调查在水位极枯或较枯的时候才能进行。河流沿岸的古代遗址、古代墓葬、古代建筑物、记载水情的碑刻题记等考古实物以及文献资料，都是进行历史水文调查的重要资料。调查方法与洪水调查方法基本相似，一般比历史洪水调查更为困难。四川涪陵白鹤梁上部分石刻题记四川涪陵白鹤梁重镌双鱼记第41页/共52页第五节第五节 水文数据处理水文数据处理内容提要1.稳定的水位流量关系曲线的绘制；2.不稳定的水位流量关系曲线的处理方法；3.水位流量关系曲线的延长方法；4.水位流量关系曲线的移用；5.流量资料整编。学习要求掌握水位流量关系曲线的绘制与处理方法、水位流量关系曲线的延长方法、水位流量关系曲线的移用和流量资料整编。水文数据
18、的加工、处理过程，称为水文数据处理。本节主要介绍流量资料整编。第42页/共52页3.5.1 3.5.1 水位流量关系曲线的确定水位流量关系曲线的确定一个测站的水位流量关系是指基本水尺断面处的水位与通过该断面的流量之间的关系。根据实测流量成果，便可点绘水位与流量之间的关系。水位与流量之间的关系，有的表现为稳定的关系，有的则为不稳定的关系。(一)稳定的水位流量关系曲线稳定的水位流量关系，是指一个水位对应的流量变化不大，它们之间呈现单一关系。稳定的水位流量关系曲线的绘制步骤如下：第43页/共52页将各次测流时实测水位、流量的成果加以审查，列出实测流量成果表。某河站1982年实测流量成果表（摘录）第4
19、4页/共52页根据表中数据，同时绘制ZA、ZV、ZQ关系曲线。以水位为纵坐标，横坐标用三种比例尺，分别代表Q、A、V。如果采用不同方法测流，则点子用不同符号表示。如果水位流量关系点子密集，分布成一带状，就可以通过点群中间，目估一条单一的水位流量关系曲线。ZQ曲线定出后，应与ZA、ZV曲线对照检查，使各种水位情况下的Q=AV。稳定情况下ZQ曲线的绘制第45页/共52页(二)不稳定的水位流量关系不稳定的水位流量关系在同一水位时，引起流量变化的原因很多，如断面冲刷或淤积、洪水涨落、变动回水等。不稳定的水位流量关系曲线的处理方法很多，经常使用的有以下两种，(1)临时曲线法：若水位流量关系受不经常的冲淤
20、影响或比较稳定的结冰影响，在一定时期内关系点子密集成一带状，能符合定单一线的要求时，可以分期定出ZQ曲线，称为临时曲线法。(2)连时序法：当测流次数较多，能控制水位流量关系变化的转折点时，一般多用连时序法。其绘制过程如下：第46页/共52页根据实测资料绘出水位过程线Z=f(t)，并在过程线上按顺序注上测次号码。根据实测流量和相应水位，点绘ZQ相关点，并在点旁依次注明测次号码及实测日期。参照水位过程线的起伏变化，目估依测次号码连成圆滑曲线，即为水位流量关系曲线。这种情况的ZQ曲线一般为绳套形，使用时按水位发生时间在ZQ曲线的相应位置查读流量。第47页/共52页3.6.2 3.6.2 水位流量关系
21、曲线的延长水位流量关系曲线的延长测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。1.根据水位面积、水位流速关系外延河床稳定的测站，水位面积、水位流速关系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。2.根据水力学公式外延此法实质上与上法相同，只是在延长ZV曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部分的V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长部分的V值，并用平均水深代替水力半径R。由于大断面资料已知，因此关键在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。第48页/共52页
22、3.6.3 3.6.3 水位流量关系曲线的移用水位流量关系曲线的移用规划设计工作中，常常遇到设计断面处缺乏实测数据，这时就需要将邻近水文站的水位流量关系移用到设计断面上。当设计断面与水文站相距不远且两断面间的区间流域面积不大，河段内无明显的出流与人流的情况下，在设计断面设立临时水尺，与水文站同步观测水位。因两断面中、低水时同一时刻的流量大致相等，所以可用设计断面的水位与水文站断面同时刻水位所得的流量点绘关系曲线，再将高水部分进行延长，即得设计断面的水位流量关系曲线。当设计断面与水文站的河道有出流或入流时，则主要依靠水力学的办法来推算设计断面的水位流量关系。第49页/共52页3.6.43.6.4水文数据处理成果的刊布水文数据处理成果的刊布水文资料的来源，主要是由国家水文站网按全国统一规定对观测的数据进行处理后的资料，即由主管单位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次的水文年鉴。水文年鉴仅刊布各水文测站的基本资料。1986年起陆续实行计算机存储、检索。年鉴中载有：测站分布图，水文站说明表及位置图，各站的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、地下水、降水量、蒸发量等资料。第50页/共52页水文年鉴第51页/共52页谢谢您的观看！第52页/共52页