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1、1河川径流基本概念河川径流基本概念n径流径流指降水所形成的，沿着流域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。n地面径流（地表径流）地面径流（地表径流）沿着地面流动的水流。n地下径流地下径流 沿土壤岩石孔隙流动的水流称为地下径流。n河川径流河川径流汇集到河流后，在重力作用下沿河床流动的水流。北京慧图信息科技有限公司第第1页页/共共50页页2径流的形成过程径流的形成过程流域内，自降雨开始到流域内，自降雨开始到水流汇集到流域出口断水流汇集到流域出口断面的整个物理过程，称面的整个物理过程，称为为径流形成过程。径流形成过程。它是它是一个极为复杂的过程，一个极为复杂的过程，为了便于认识，一般把为了
2、便于认识，一般把它概化为它概化为产流阶段产流阶段和和汇流阶段。汇流阶段。第第2页页/共共50页页3u净雨净雨降雨经植物截留、下渗、填洼、蒸发等损失过程，降雨扣除这些损失后，剩余的部分为净雨。净雨在数量上等于它所形成的径流量。u产流阶段产流阶段 当降雨满足了植物截留、洼地蓄水和表层土壤储存后，后续降雨强度又超过下渗强度、其超过下渗强度的雨量，降到地面以后，开始沿地表坡面流动称为坡面漫流，是产流的开始。如果雨量继续增大，漫流的范围也就增大，形成全面漫流，这种超渗雨沿坡面流动注入河槽，称为坡面径流。地面漫流的过程，即为产流阶段。第第3页页/共共50页页4u汇流阶段汇流阶段 净雨沿坡面从地下汇入河网，
3、然后净雨沿坡面从地下汇入河网，然后再沿着河网汇集到流域出口断面，这一完再沿着河网汇集到流域出口断面，这一完整的过程，称为整的过程，称为流域汇流过程。流域汇流过程。前者称为前者称为坡地汇流，坡地汇流，后者称为后者称为河网汇流。河网汇流。第第4页页/共共50页页5 坡地汇流过程坡地汇流过程n坡面漫流：坡面漫流：超渗雨满足了填洼后产生的地面净雨沿坡面流到附近河网的过程。n表层流径流：表层流径流：表层流净雨沿坡面侧向表层土壤孔隙流入河网形成的径流。n坡地地下汇流：坡地地下汇流：地下净雨向下渗透到地下潜水面或深层地下水体后，沿水力坡度最大的方向流入河网，形成坡地地下汇流。n对净雨在时程上进行的第一次再分
4、配。降雨结束后，坡地汇流仍将持续一定时间。第第5页页/共共50页页6河网汇流过程河网汇流过程n定义：各种成分径流经坡地汇流注入河网，从支流到干流，从上游向下游，最后流出流域出口断面，这个过程称为河网汇流或河槽集流过程。n河槽调蓄作用：坡地水流进入河网后，使河槽水量增加，水位升高，这就是河流洪水的涨水阶段。在涨水段，由于河槽贮蓄一部分水量，所以对任一河段，下断面流量总小于上断面流量。随降雨和坡地漫流的逐渐减少直至完全停止，河槽水量减少，水位降低，这就是退水阶段。这种现象称为河槽调蓄作用。河槽调蓄作用是对净雨在时程上进行的第二次再分配。第第6页页/共共50页页7径流的表示方法和度量单位径流的表示方
5、法和度量单位n河川径流在一年内和多年期间的变化特性，称为径流情势径流情势，前者称为年内变化年内变化或年内年内分配分配，后者称为年际变化年际变化。n河川径流情势：流量流量、径流量径流量、径流深径流深、流量模数流量模数、径流系数。径流系数。第第7页页/共共50页页8n流量流量:单位时间内通过河流某一断面的水量。记为Q，以m3/s计。日、月、年、多年平均流量、指定时段的平均流量。n径流量径流量:时段T内通过河流某一断面的总水量。记为W，以m3、万m3、亿m3计，有时也用时段平均流量与时段的乘积为单位，如(m3/s)d、(m3/s)M等。第第8页页/共共50页页9n径流深：径流深：将径流量平铺在整个流
6、域面积上所得的水层深度，记为R，以mm计。n径流模数：径流模数：流域出口断面流量与流域面积之比值，记为M，以L/(skm2)计。n径流系数：径流系数：某一时段的径流深R与相应时段内流域平均降雨深度P之比值。记为。第第9页页/共共50页页10水文测验基本概念水文测验基本概念北京慧图信息科技有限公司水文测验水文测验：对各种水文要素进行系统观测及对观测资料进行整编的总称。水文测验是水文工作的基础。根据水文测验资料，可以掌握各地水文要素变化规律，为水资源评价和开发利用、防洪抗旱、水源保护、生态建设提供情报。水文测站水文测站：组织进行水文测验的基层单位，也是收集水文资料的基本场所。水文测站的主要任务是按
7、照统一标准对指定地点（或断面）的水位、流量、泥沙、降水、水位、流量、泥沙、降水、蒸发蒸发 、水温、冰凌、水质、地下水位、水温、冰凌、水质、地下水位等项目进行观测及资料整编。水文测站观测的水文资料，经过系统地分析计算和整编，才能作为正式的水文资料刊布或存贮入数据库。水文测站按其观测项目可分为水位站、流量站、雨量站水位站、流量站、雨量站等；按其性质又可分为基本基本站站和专用站专用站两类。专用站在面上辅助基本站，而基本站在时间系列上辅助专用站。基本站：基本站：是综合国民经济各方面需要，由国家统一规划建立，它执行水文测验标准，进行较长时期连续观测，资料编成水文年鉴刊布或以其它形式长期存贮。专用站：专用
8、站：是为科学研究、工程建设、管理运用等特定目的而设立的。其观测项目、观测要求及观测年限，由设站部门依据设站目的自行规定。第第10页页/共共50页页11水文站网水文站网：因为单个测站观测到的水文要素其信息只代表了站址处的水文情况，而流域上的水文情况则须在流域内的一些适当地点布站观测，这些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极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水文站网布站的原则：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作用。水文站网规划的任务，就是研究测站在地区上分布的科学性、合理性、最优化等问
9、题。水文站水文站自计台水文站测站比测洪水第第11页页/共共50页页12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。1、测验河段的选择：测验河段的选择：在站网规划规定的范围内，具体选择测验河段时，主要考虑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。具体地说，就是测站的水位与流测站的水位与流量之间呈良好的稳定关系（单一关系）。量之间呈良好的稳定关系（单一关系）。2、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。(1)基线：通常与测
10、流断面垂直，起点在测流断面线上。其用途是用经纬仪或六分仪测角交会法推求垂线在断面上的位置。基线的长度视河宽B而定，一般应为0.6B；(2)水准点：分为基本水准点和校核水准点，基本水准点是测定测站上各种高程的基本依据，校核水准点是经常用来校核水尺零点的高程。水文测站基线与断面布设示意图第第12页页/共共50页页13(3)基本水尺断面基本水尺断面上设立基本水尺，用来进行经常的水位观测。(4)测流断面测流断面应与基本水尺断面重合，且与断面平均流向垂直。(5)浮标测流断面浮标测流断面有上、中、下三个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，其距篱应为断面最大流速的5080倍。
11、(6)比降断面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。水文测验的方式水文测验的方式收集水文信息的基本途径可分为：1、驻测：、驻测：在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的观测。这是我国收集水文信息的最基本方式，但存在着用人多、站点不足、效益低等缺点。对于为了探索各种水文特征值在时间上的变化规律和防汛需要而设立的基本水文站。特别是对于干、支流大河控制站，要求水文观测人员常驻水文观测站点，对流量等水文要素进行较长时期的连续观测。第第13页页/共共50页页142、巡测：巡测：水文观测人员以巡回流动的方式，定期或不定期地对一地区或流域内各观测点进行流量等水文要素的观测。如有些水
12、文站一年内的水位与流量呈单一线型关系，可用水力学公式推算流量，以及枯水期流量变化不大，采用定期测流可以满足精度要求等情况，均可采用巡测方式。3、间测：间测：中小河流水文站有10年以上资料分析证明其历年水位流量关系稳定，或其变化在允许误差范围内，对其中一要素（如流量）停测一时期再施测的测停相间的测验方式。某些水文站在取得多年实测资料以后，经分析证明某二个水文要素（如水位与流量）间历年关系稳定，或其变化在允许误差范围之内，对其中某一水文要素（如流量）采取停测一个时期再行校测的测验方式。第第14页页/共共50页页154、自动测报系统：、自动测报系统：随着电子计算机技术、通讯技术及传感器的发展，在国内
13、已建成不同形式的水文自动测报系统。该系统通常由传感器、编码器、传输系统和资料接收设备等部分组成。遥测站的传感器将感应的水文变量（如水位、雨量等）转换成电讯号，经过编码、调制、发射，直接或通过中继站、卫星将数据传送到资料接收中心。经解调、解码、鉴别，还原水文变量，并对搜集到的数据及时地进行适当处理。自动测报系统具有效率高、速度快、节省人力的特点。可以实时地获取水文信息，有效地提高预报精度和增长预见期，对防洪、工程管理和水利调度发挥巨大作用。第第15页页/共共50页页16一、水位一、水位 水位：水位：是指河流、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，要有一个基面作为起点
14、。水文测验中采用的基面有下列四种：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。我国曾沿用过大沽、吴淞、珠江基面，现在统一规定的基面为青岛黄海基面。假定基面：假定基面：这是在水文测站附近没有国家水准点或一时还不具备接测条件的情况下暂时假定的一个水准基面。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。使用冻结基面可保持测站水位资料的历史连续性。水位观测水位观测
15、第第16页页/共共50页页17基面、水准点、水尺零点和水位的关系图二、水位观测设备二、水位观测设备水位观测的常用设备有水尺和自记水位计。1、水尺：、水尺：按水尺的构造形式不同可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式等。其中应用最广泛的是直立式水尺，如图所示。观测时记录水尺读数，水位即为水尺读数加上水尺零点高程。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。直立式水尺分级设置示意图注意：注意：全河上下游或相邻测站应尽可能采用一致的固定基面。使用水位资料时一定要查清其基面。基面、水准点、水尺零点和水位的关系如右图所示。第第17页页/共共50页页182、自记水位计：、自记水位计：能将水位变化
16、的连续过程自动记录下来，不遗漏任何突然的变化和转折，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。三、水位的观测三、水位的观测 水位的观测包括基本水尺基本水尺和比降水尺的水位比降水尺的水位。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。比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。第第18页页/共共50页页19四、水位观测数据整
17、理四、水位观测数据整理得到水位观测数据后，需要计算日平均水位、月平均水位和年平均水位。计算日平均水位的方法有算术平均法和面积包围法。若一日内水位变化缓慢，或虽然水位变化大，但系等时距人工观测或从自记水位计上摘录，采用算术平均值；若一日内水位变化较大、且系不等时距观测或摘录，则采用面积包围法。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，如右图所示，其计算公式为：根据逐日平均水位可算出月平均水位和年平均水位及保证率水位。面积包围法示意图第第19页页/共共50页页20一、概述一、概述 流量：流量：单位时间内流过江河某一横断面的水量，以 m3/s 计。测量流量的方法很多，常用的方法为
18、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，这是我国目前使用的基本方法。此外还有水力学法、化学法、物理法、直接法等。二、流速仪法测流二、流速仪法测流在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不同而变化。从水平方向看，中间流速大，两岸流速小；从水深方向看，河床流速最小。流速仪法测流：流速仪法测流：就是将水道断面划分为若干部分，用普通测量方法测算出各部分断面的面积，用流速仪施测水流速度并计算各部分面积上的平均流速，两者的乘积为各部分流量，部分流量的和为全断面的流量。因此流速仪测流工作包括断面测量和流速测量两部分。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。流量测验流量测验
19、第第20页页/共共50页页211、断面测量、断面测量断面测量工作包括水道断面测量和大断面测量两种，如图所示。水道断面是指自由水面线与河床线之间的范围，大断面为历年最高洪水位以上0.51.0m的水面线与岸线、河床线之间的范围。(1)水道断面测量水道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。过水断面流速分布图(a)断面等流速线(b)垂线流速分布断面测量示意图第第21页页/共共50页页22水深测量水深测量：
20、通常用测深杆、测深锤、铅鱼直接测出每根测深垂线的水深。当水很深、流速很大时，可用超声波回声测深仪测量水深。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。交会法交会法(i)经纬仪岸上交会法：经纬仪岸上交会法：水文站在布设测流断面时，同时布设基线(AC)，并用精确方法量出基线的长度L，测角时，将经纬仪安放在基线的终点C，测出角度，则起点距为 D=Ltan()；回声测深仪测量示意图交会法示意图第第22页页/共共50页页23(ii
21、)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，它的主要优点是测量时施测人员全部上船，不用支架，只需手握仪器即可测出角，也能在摇动的船上使用，因此水文勘测中经常使用。右图为六分仪结构示意图。(2)大断面测量大断面测量大断面测量是单独进行的，一般在汛前、汛后或较大洪水过后施测，包括水上及水下两部分，水下部分同上述水道断面的施测方法，水上部分采用水准测量方法进行。六分仪结构示意图第第23页页/共共50页页24 2、流速仪测速、流速仪测速 常用的有流速仪法和浮标法。(1)流速仪流速仪目前我国使用最多的
22、是重庆水文仪器厂生产的LS68-2型旋杯式流速仪和LS25-1型旋桨流速仪。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，这种关系是由厂家在仪器出厂之前，把流速仪放在特定的检定水槽里，通过实验方法来确定流速与转速间的函数关系。关系式如下：式中：K 水力螺距，表示流速仪的转子旋转一周时，水质点的行程长度；N流速仪在测速历时内的总转数，一般是根据信号数，再乘上每一信号代表的转数求得；T测速历时，为了消除水流脉动的影响，测速历时一般不超过100S；C附加常
23、数，表示仪器在高速部分内部各运动件之间的摩阻，称仪器的摩阻常数；系数C、K是通过水槽实验事先率定的。旋桨式流速仪旋杯式流速仪第第24页页/共共50页页25(2)流速测量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。具体规定见表1和表2。部分面积ai、部分流
24、速Vi，及部分流量qi计算示意图水面宽水面宽(m)(m)5.05.05010030010001000精测法精测法5610121515201525 25常测法常测法3556879813813 13表1我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定第第25页页/共共50页页26测点数畅流期 冰 期11点0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0h6（7）点0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、(0.9)、1.0h0.0h或冰底或冰花底、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0h5点0.0、0.2、0.6、0.8、1.0h3点0.2、0.6、0.8h0.15、0
25、.5、0.85h2点0.2、0.8h0.2、0.8h1点0.6或0.5h0.5h表表2 流速测点的位置流速测点的位置注：h为该测速垂线的有效水深。第第26页页/共共50页页27(3)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，计算过程包括(1)垂线平均流速计算；(2)部分面积上的平均流速计算；(3)部分流量计算；(4)全断面流量。垂线平均流速的计算一点法：二点法：三点法：五点法：六点法：各式中为垂线平均流速，、为各相对水深处的测点流速。第第27页页/共共50页页28三、三、浮标法测流浮标法测流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，
26、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。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，即与浮标类型、风力风向等因素有关。值的确定有实验比测法、经验公式法和水位流量关系曲线法。浮标测流示意图第第28页页/共共50页页29在踏勘河流时，为了估算河流流量，有时采用临时浮标简测法。就地选一简易的浮标，用步测距离，然后测量浮标走完该距离所需要的时间，计算出流速。水浅时，可
27、涉水测量过水断面，水深可行船时，也可乘船测量断面，此时浮标系数可粗略地取，然后估算流量。第第29页页/共共50页页30四、其它测流方法四、其它测流方法1、水力学法水力学法该法是通过实测或调查河段水面比降和水遭断面面积用水力学公式来推算流量。在历史洪水调查中、在困难条件下及高水位洪水测流时，根据实测河段水面比降和横断面资料，利用曼宁公式或谢才公式近似估算流量。2、建筑物测流法建筑物测流法该法是利用标准型的测流建筑物（如堰、槽）、河渠中已建成的水工建筑物（如闸、水电站）或人工控制断面来测定流量它是根据测得的水位资料及水工建筑物过水断面资料，由相应水力学公式计算流量。3、溶液法溶液法又称稀释法。它是
28、在测验河段上游注入一定浓度的化学指示剂，经水流充分混合均匀后，在下游测验断面取出河水水样(或直接在河中)测定经河水稀释后该指示剂的浓度或稀释比率，利用其稀释程度与水流流量成正比的关系推求流量。第第30页页/共共50页页31内容提要：内容提要：1、洪水调查的方法和洪峰流量的推算；、洪水调查的方法和洪峰流量的推算；2、暴雨调查的方法；、暴雨调查的方法；3、枯水调查的方法。、枯水调查的方法。水文站网的定位观测工作，是观察水文现象、提供水文资料的主要途径。但由于定位观测有时间和空间局限性，往往不能满足要求。因此必须通过水文调查来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
29、水电建设及其它国民经济建设的需要。水文调查包括洪、枯水及暴雨调查。历史洪水调查和考证工作，指认历史上出现过的洪水痕迹、洪水发生时间，洪水涨落过程及来源等，测量河段的纵横断面、洪痕高程，绘出水面线，推算历史洪水，推求洪峰流量。历史枯水调查，一般调查不雨天数，河水干涸断流及水深情况等，分析估算当时的最小流量、最低水位及发生时间。水文调查与水文遥感水文调查与水文遥感第第31页页/共共50页页32一、洪水调查一、洪水调查洪水调查工作，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
30、查成果进行分析，推算洪水总量、洪峰流量、洪水过程及重现期，最后写出调查报告。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，可采用曼宁公式计算：式中：河段平均断面面积A和水力半径R可根据大断面资料求得；糙率n根据河段上河床的情况参考糙率表确定，也可根据附近河槽情况相似的水文站的糙率资料类比确定；S为洪水水面比降。第第32页页/共共50页页33(3)用水面曲线推算用水面曲线推算当河段较长洪迹较少，各河段河底
31、坡降及断面变化、洪水水面曲线比较曲折时，可用水面曲线法来推求洪峰流量，即假定一流量Q，由所估定的各河段河道糙率n，自下游一已知的洪水水面点起，向上游逐段推算水面线，然后检查该水面线与各洪迹的符合程度。如大部分符合，表明所假定流量正确；否则，重新修订Q值，再推算水面线直至大部分洪迹符合为止。二、暴雨调查二、暴雨调查以降雨为洪水成因的地区，洪水的大小与暴雨大小密切相关，暴雨调查资料对洪水调查成果起旁证作用。洪水过程线的绘制、洪水的地区组成，也需要组合面上的暴雨资料进行分析。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。对历史暴雨的
32、调查，一般通过群众对当时雨势的回忆或与近期发生的某次大暴雨对比，得出定性的概念；也可以通过群众对当时地面坑塘积水、露天水缸或其他器皿承接雨量作定量估计，并对一些雨量纪录进行复核，对降雨的时、空分布作出估计。第第33页页/共共50页页34三、枯水调查三、枯水调查历史枯水的调查工作必须在水位极枯或较枯的时候才能进行，不像对洪水的调查那样，随时都可以进行。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。下图为四川涪陵县北长江江心的白鹤梁，是古代长江中游枯水位的石刻标志。该梁
33、由西向东长1600m以上，与长江流向平行，南北宽1015m，常年淹没在水下，只在某些年份冬春水位最低时，才露出江心。在梁的倾斜面上是鱼形图案与文字题记纵横交错的石刻群。已发现的鱼图中有三条是康熙二十四年（1685）刻的清代双鱼，以及根据宋代题记上溯唐广德二年（764）以前所刻鱼图，具有相当于现代水尺的作用，是历代记录不同年代不同枯水位的固定标志。在已发现的宋元明清约160余条题记中，除记年月外，往往记有双鱼已见，水至此鱼下五尺，水去鱼下七尺等字样，留下一批长达千年以上可供分析研究的枯水位宝贵记录。长江江心的白鹤梁石鱼碑刻第第34页页/共共50页页35四、水文遥感四、水文遥感自从地球资源卫星发射
34、二十多年以来（如NOAA：美国国家海洋和大气管理局)在1981年7月发射的AVHRR系列卫星，以1km的解像度对地球进行各种观测，直到2000年9月；之后被MODIS系列卫星所代替，解像度为500m），卫星遥感技术在水文水资源领域得到越来越广泛的应用，尤其在水文水资源调查中的应用更为显著，如：（1）流域调查：根据卫星图片，可以准确查清流域范围、流域面积、流域覆盖类型、河长、河网密度、河流弯曲度等；（2）水资源调查：使用不同波段、不同类型的遥感资料，可以很容易地判读各类地表水，如河流、湖泊、水库、沼泽、冰川、冻土和积雪的分布；还可以分析饱和土壤面积、含水层分布以估算地下储水量；（3）水质监测：包
35、括分析识别热水污染、油污染、工业废水及生活污水污染、农药化肥污染以及悬移质泥沙、藻类繁殖等情况；（4）洪涝灾害的监测：包括洪水淹没范围的确定，决口、滞洪、积涝的情况，泥石流及滑坡的情况；（5）河口、湖泊、水库的泥沙淤积及河床演变，古河道的变迁等；（6）降水量的测定及水情预报：通过气象卫星可获取高温和湿度，间接推求降水量，或根据卫星图片的灰度定量估算降水量；根据卫星云图与天气图配合预报洪水及旱情监测。第第35页页/共共50页页36一、流量资料整编一、流量资料整编 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水文测站的水位流量关系，是指测站基本水尺断面处某时刻的水位与同时刻通过该断面的流
36、量之间的关系。水位流量关系可分为稳定的和不稳定的两类，它的性质可以通过水位流量关系曲线分析得出。(1)(1)稳定的水位流量关系曲线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绘制步骤如下：（i）将各次测流时实测水位、流量成果加以审查，列出实测流量成果表，如：水文资料处理水文资料处理某河某站2006年实测流量成果表（摘录）测次日期水位(m)流量(m3/s)流量测法断面面积(m2)平均流速(m/s)水面比降(%)水面宽(m)备注月 日时：分121812 7:50-8:20102.59137 流速仪98.6 1.39-83.6
37、122813 7:30-8:20102.48121 流速仪92.3 1.52-83.112315:00-15:30104.15851 水面浮标 3122.730.24 157124814 7:00-7:30104.421050 水面浮标 3612.920.24 168西北风23级12518:00-18:30104.17944 水面浮标 3153.000.27 157西北风23级第第36页页/共共50页页37 稳定情况下ZQ 曲线（ii）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（流量）、A（面积）、V（流速）。如果采用不同方法测流，则点用不同
38、符号表示。如果水位流量关系点密集，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，如下图所示；（iii）ZQ曲线定出后，应与ZA、ZV曲线对照检查，使各种水位情况下，Q=AV。定出水位流量关系曲线后，就可将水位资料转换为流量资料，并进行各种统计整理工作。第第37页页/共共50页页38（2）不稳定的水位流量关系）不稳定的水位流量关系在天然河道里，由于河床冲淤，洪水涨落、变动回水、结冰等影响使水位流量关系难以保持单一关系。同一水位不同时期通过断面的流量不是定值，点绘出的水位流量关系曲线，其点据分布比较散乱，这种情况称为不稳定的水位流量关系。可以说，天然河道的水位流量关系一般是不稳
39、定的。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：（i）临时曲线法临时曲线法：若水位流量关系受不经常的冲淤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。（ii）连时序法连时序法：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。连时序法绘制过程如下：（a）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；（b）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；（c）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
40、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。第第38页页/共共50页页39临时曲线法 ZQ 曲线（1：1月1日1月7日；2：1月7日2月15日；3：2月15日3月9日）连时序法绘制 ZQ 曲线第第39页页/共共50页页40（3）不同影响因素下水位流量关系）不同影响因素下水位流量关系（i）受洪水涨落影响受洪水涨落影响洪水波在河槽中传播时，属于不稳定流，产生了附加比降。当涨水时，水面比降较稳定时的水面比降大，同一水位的流量也就增大，退水时，流量则减小，致使一次洪水过程的水位流量关系曲线依时序形成一逆时针方向的绳套曲线，如右图所示。此时可按涨落过程定线，然后
41、由水位推求流量。（ii）受河槽冲淤影响受河槽冲淤影响当河床受冲时，断面面积增加，同一水位的流量变大，当河床受淤时，断面面积减少，同一水位的流量变小。若冲淤时段有规律，水位流量关系能保持稳定状态，则可分别确定不同时段的水位流量关系曲线，如右图所示。受洪水涨落影响的ZQ 曲线受冲淤影响的ZQ 曲线第第40页页/共共50页页41受变动回水影响的 ZQ 曲线（iv）受综合因素影响）受综合因素影响当水位流量关系受多种因素混合影响并连续变化时，一般采用“连时序法连时序法”确定水位流量关系曲线。连时序法是按实测流量点子的时间顺序来连接水位流量关系曲线。本法要求测流次数较多，能反映水位流量关系变化的转折点，依
42、照测点的时序，就可从曲线上推出各个时期的流量。在按时序连线时，水位流量关系曲线往往成绳套形，应参考用时序法绘出的水位面积关系曲线的变化过程及水位过程线的起伏趋势连线。这样有助于发现绳套的顶部和底部，便于绘好水位流量关系曲线。（iii）受变动回水影响）受变动回水影响由于测流断面下游的干支流涨水、下游闸关闭及结冰等影响，引起回水顶托，致使水面比降产生变化，回水顶托愈严重，水面比降愈小，同水位的流量较稳定流时减少愈多。所以受回水顶托影响的水位流量关系点据偏向稳定的水位流量关系曲线的左边，如右图所示。在这种情况下，可以以比降为参数确定出一组水位流量关系曲线备用。第第41页页/共共50页页422、水位流
43、量关系曲线的延长、水位流量关系曲线的延长测流时，本应在整个水位变幅内布置测次，但由于高水时历时短、流速大，枯水时水浅、流速小，往往难以测得最大洪峰流量和最小枯水流量，这时，必须将水位流量关系曲线进行高、低水延长，方能推得全年完整的流量过程。高、低水延长成果，涉及到流量的最大、最小值，如延长不当影响规划设计工作。所以，对高水及低水的延长均须慎重。一般要求高水外廷部分不超过当年实测流量所对应水位变幅的30，低水外延部分不超过10。（1）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河床比较稳定的测站，水位面积、水位流速关系曲线稳定、趋向明显，故可根据水位面积、水位流速曲线来延长水位
44、流量关系曲线。其具体程序是，先根据实测断面资料绘制所需延长部分的水位面积关系曲线，然后再将水位流速曲线按照其上端的趋势外延，最后根据延长部分的各级水位的流速与相应的面积乘积来延长水位流量关系曲线，如图所示。显然，应用此法时，在所外延的水位幅度以内河槽断面不应有突然的变化，如漫滩等情况，因为在这些情况下，按趋势延长水位流速线是不合理的。水位面积与关系延长水位流速第第42页页/共共50页页43 （2）用水力学公式高水延长）用水力学公式高水延长（i）曼宁公式外延）曼宁公式外延 曼宁公式式中：断面平均流速（m3/s）；曼宁糙率系数（s/m1/3）；水力半径（m）；为水面比降。延长步骤：(a)计算平均流
45、速有三个参数(n、R、S)，其中水力半径R可用大断面资料求得，水面比降S和糙率n则根据以下三种情况来确定：S和n均有资料；两者缺一，通过点绘Z-n（或Z-S）关系曲线并延长之；两者全缺时，则将看成一个未知量，因，依据实测资料的流量、面积、水力半径计算出，点绘Z 曲线，因高水部分接近于常数，可按趋势延长，见右图。(b)用实测大断面资料延长水位面积关系曲线。曼宁公式法延长高水ZQ关系曲线第第43页页/共共50页页44式中：，高水时其值接近常数。故高水时呈线性关系，据此外延。延长步骤：由大断面资料计算，点绘，点绘，根据对应的（Z，Q）的点据，便可实现水位与流量关系曲线的高水延长，如上图所示。（ii）
46、史帝文斯（）史帝文斯（Stenens）法外延）法外延谢才公式式中：为谢才系数（m1/2/s）。对断面无明显冲淤、水深不大但水面较宽的河槽，可以用断面平均水深来代替，则上式可以改写为：斯蒂文斯法外延ZQ关系曲线第第44页页/共共50页页45（3）水位流量关系曲线的低水延长法）水位流量关系曲线的低水延长法 低水延长一般可用水位面积、水位流速关系曲线法，也可以用断流水位控制作低水延长。断流水位即流量等于零的水位。确定断流水位的方法，可以根据测站纵横断面资料做出判断。如测站下游有浅滩或石梁，则以其顶部高程作为断流水位。如测站下游很长距离内河底平坦，则取基本水尺断面河底最低点高程作为断流水位。这样求得的
47、断流水位是比较可靠的。在没有条件采用前法确定断流水位时，如断面形状整齐，在低水延长部分的水位变幅内河宽无显著变化，则可采用分析法确定断流水位。例如，假定低水部分的水位流量关系曲线可用下列方程来表示：式中：Z0 断流水位；n、K固定的指数和系数。在水位流量曲线的中、低水弯曲部分，依次选取a、b、c三点，它们的水位和流量分别为Za、Zb、Zc及Qa、Qb、Qc。若Qb2=QaQc，代入上式，求得断流水位为：求得断流水位Z0后，以坐标（Z0,0）为控制点，将关系曲线向下延长至当年最低水位即可。第第45页页/共共50页页46 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，常需要某些
48、设计断面（如坝下游断面、水电站出口断面等）的水位流量关系曲线，用以确定各种流量条件下的坝下游水位及电站尾水位。通常在这些断面缺乏实测资料，这时就需要将邻近水文站的水位流量关系移用到这些设计断面。但是，只有当这些设计断面与水文站之间距离不远，两者间的区间流域面积不大，河段内无明显的入流与出流，水位流量关系曲线的移用才比较容易进行；此时，可通过在设计断面设立临时水尺，与水文站同时观测水位，建立设计断面与水文站基本水尺断面之间的同时水位的关系线来进行转移。因为在中、低水时，河中流量随时间变化不大，两断面相距不远，故同一时刻的流量大致相等。将设计断面观测到的水位，与同时观测的水文站水位在其水位流量关系
49、曲线查得的流量，点绘曲线，即可得出设计断面中、低水的水位流量关系曲线。如需高水部分的水位流量关系，则可用前面介绍的方法进行延长。当设计断面与水文站相距较远时，不能用同时水位来移用水位流量关系。此时可以考虑按相应水位，即在水位变化过程中位相相同的水位来移用。但是，由于两断面相距较远，无区间入流的条件较难满足，在确定相应流量时有一定困难，应当注意。第第46页页/共共50页页47若设计断面的水位观测资料不足，或等不及设立临时水尺进行观测后再推求其水位流量关系，则可用计算水面曲线的方法来移用水位流量关系。在水文站基本水尺断面与设计断面之间，选择若干个计算断面，选定若干个流量。分别从水文站基本水尺断面起
50、，计算水面曲线，从而求出与各个计算流量相对应的设计断面水位。如果设计断面与水文站之间有水流流入或流出则不能用转移水位流量关系的办法来推求设计断面的水位流量关系，此时，主要依靠水力学的方法来推算设计断面的水位流量关。4、流量资料整编、流量资料整编定出水位流量关系以后，就可把水位观测资料转换为连续的流量资料。在此基础上，可进行各种统计整理工作，首先应推求逐日的平均流量。(1)逐日平均流量的推求当流量变化平稳时，根据水位观测资料，经整理计算求得逐日平均水位。然后根据逐日平均水位资料，在ZQ曲线上查得逐日平均流量，并列成表格形式，即得逐日平均流量表。当一日内流量变化较大时，则用逐时水位从水位流量关系线