水文观测与资料收集.

1、第三章 水文观测与资料收集,31 水文测站 32 降水与蒸发的观测 33 水位与流量的测算 34 泥沙的测算 35 水文调查,31 水文测站,一、测站和站网 水文测站：是组织进行水文观测的基层单位，也是收集水文资料的基本场所。 水文站网：水文测站在地理上的分布网称为水文站网。,水文站的种类,基本站 专用站 实验站,水文站的种类,1、基本站 是综合国民经济各方面的需要而建立的，要求以最经济的测站数目，达到内插任何地点水文特征值的目的，各基本站之间应该有密切的联系，测站的工作内容必须根据水文测验规范的规定进行，观测资料整编刊入水文年鉴或存入数据库长期保存。 基本站按观测的主要项目不同，又可分为 流量站、水位站、雨量站、泥沙站等,水文站的种类,2、专用站 是为某种专门目的或某项特定工程的需要而设立的。测站位置、观测项目、观测期限等均可由设站的部门自行规定。 3、实验站 是为了对某种水文现象的变化规律或对某些水体做深入研究而设立的，如径流实验站、湖泊（或水库）实验站等。由有关科研单位设立。实验站也可兼作基本站。,一、测站和站网,1、水文站密度：在我国为3.56站/万km2，世界100多个国家的

2、平均值为4.0站/万km2。 2、水文站的主要任务：按统一标准，对指定地点（或断面）的水文要素进行系统观测与资料整编。 3、水文站的观测项目：一般包括水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰冻、地下水位的观测及泥沙颗粒分析、水化学分析等。,二、水文站的设立,（一）选择测验河段 （二）布设断面 （三）布设基线,二、水文站的设立,（一）选择测验河段 原则： 1、必须满足设站的目的和要求； 2、便于测验和资料整编，并保证测验成果有必要的精度。 3、在满足上述要求的前提下，尽可能照顾生活、交通、通讯上的方便。,二、水文站的设立,（二）布设断面 测验断面：各种水文要素的观测都是在测验河段内的各个断面上进行的，这种断面称为测验断面。 按照不同的用途，测验断面可分为： 1、基本水尺断面 2、流速仪测流断面 3、浮标测流断面 4、比降断面,断面的布设,1、基本水尺断面 是基本水尺所在位置并垂直于流向的横断面。 基本水尺断面一般设在测验河段的中部。 2、流速仪测流断面 是为用流速仪法施测流量时所在的横断面。 设站时应尽可能使其与基本水尺断面重合,3、浮标测流断面 是为用浮标法施测流量所在的横断面。浮标测流

3、断面有三个，即： 浮标上断面、中断面和下断面。 中断面应尽可能与基本水尺断面或流速仪测流断面重合，上、下浮标测流断面设在中断面上下游的等距离处，上下断面的间距一般不得小于断面最大平均流速的5080倍。 对于山区河流不易达到此要求，可适当缩短，但不得小于最大断面平均流速的20倍。,4、比降断面 是比降水尺所在位置的横断面。比降水尺应布设在基本水尺断面的上下游，其间距照下表选定。 不同比降时的上、下比降断面间距表,断面布置示意图,（三）布设基线,基线通常垂直于测流断面且起点恰在测流断面上。为满足起点距测量精度的要求，基线长度应不小于河宽的0.6倍，应取10的整数倍。,本节小结,一、名词解释 1、水文站 2、水文站网 二、水文站的种类 三、水文站的主要任务 四、测验河段的选择原则及各断面的布设,32 降水与蒸发的观测,一、降水观测 二、蒸发观测,一、降水观测 （一）降水观测的仪器和方法,1、雨量器（口径20cm） 分辨率0.1mm。两段制观测，即每日8时及20时各观测一次。雨季增加观测段次。 每日8时至次日8时降水量为当日降水量。,2. 自计雨量计 （1）虹吸式 分辨率：0.1mm 降雨强度

4、适用范围： 0.014.0mm/min,（2）翻斗式 分辨率：0.1mm 降雨强度适用范围： 4.0mm/min以内,雨量器,雨量器可观测降雪，将漏斗和储水瓶取出，仅留外筒作为承雪器具。 自记雨量计不能直接用来测量降雪过程。 降水观测场地的选择： 应选在四周空旷、平坦的地方，避开局部地形、地物的影响，以保证观测的质量。,（二）降水资料的整编,主要包括：1、编制汛期降雨量摘录表； 2、统计各种时段最大降水量； 3、计算日、月、年降水量等。 日降水量以8时为分界，即以昨日8时至今日8时的降水量作为昨日的日降水量。,思考,雨量器和自记雨量计所测得的降水量 比实际值是偏大还是偏小？为什么？ 答：偏小。 原因主要是：1、风的影响； 2、倒水时器壁沾附； 3、雨水未被倒出前的蒸发。,二、蒸发观测,蒸发有水面蒸发和陆面蒸发两种。 水文测站上观测的通常是水面蒸发。 陆面蒸发虽然可以观测，但比较困难，只在试验站上进行。 在实用上，由于陆面蒸发缺乏实测值，因此常用水量平衡法或经验公式法间接计算。,二、蒸发观测,（一）水面蒸发的观测仪器和方法 目前水利部常用仪器： E601型蒸发器 我国水利部规定观测 水面

5、蒸发 的标准仪器 口径为80cm的带套盆蒸发器 H3000型蒸发器 水上漂浮蒸发器 大型蒸发池等。,（一）水面蒸发的观测仪器和方法,蒸发量的观测每日8时进行一次，测得前一日的蒸发量。 E601的观测值，基本上能接近于天然水面蒸发量。但由于圆盆面积不大，其四周受热条件与天然水面不完全相同，因此仍存在着差异。这种差异常用蒸发器系数K表示。,（二）水面蒸发资料的整理,1、对观测值进行日、月、年蒸发量的计算； 2、对有关特征值进行统计。 将这些资料应用于求湖泊、水库等水体的天然水面蒸发量时，必须乘以蒸发器系数K。 即：,本节小结,一、降水观测的仪器和方法 二、降水观测资料的整编 三、日降水量的分界 四、水面蒸发观测的仪器和方法 五、水面蒸发资料的整理,33 水位与流量的测算,一、水位观测 二、流量测验 三、水位流量关系,一、水位观测,水位：江河、湖泊、水库等水体的自由水面相对于某一固定基准面的高程称水位，以m计。 全国规定统一采用：黄海基面 但各流域由于历史的原因，采用的基面不一定统一，目前我国使用的有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。,一、水位观测,（一）水位观测设备和方法 1、

6、水位观测设备 （1）水尺：用于测量河流、湖泊、水库和灌渠等水体的水位的标尺装置。中国古代称为水则，明、清时称志桩，至20世纪始称水尺。水尺至今仍广泛使用。 （2）自记水位计,水尺的常用型式,直立式水尺 倾斜式水尺 矮桩式水尺 悬锤式水尺,自记水位计,优点：记录连续、完整、节省人力。 自记水位计的型式： 就地记录式与远传记录式两种。,（一）水位观测设备和方法,2、水位观测方法 用直接观读式水尺时，应该读取水面截于水尺上的读数，连续观读23次，取其均值。 水位=水尺零点高程+水尺读数,水位的观测时间和次数,在水位变化不大时，每日8时和20时观测两次。 在汛期水位涨落急剧时，为了能测得洪峰水位及控制洪水位的变化过程，常需增加测次，有时需要逐时或每隔几分钟观读一次。 为节省人力最好采用自记水位计观测水位，它能自动将水位变化过程记录下来。,（二）水位资料的整理,水位资料整编工作内容： 1、全年的逐日平均水位表； 2、逐日平均水位过程线图； 3、洪水水位摘录表等。 将以上成果刊入水文年鉴，以供使用。,日平均水位的计算方法,1、算术平均法 适用条件：一日内水位变化缓慢，或变化虽大，但有若干次等时距观

7、测的水位记录 。 计算公式： 式中，n观测次数； Zi第i次的水位观测值（m）。,日平均水位的计算方法,2、面积包围法 适用条件：一日内水位变幅大，观测时距又不 相等 计算公式： 式中，Z0 , Z1,Zn各次观测的水位，m； a, bm, n相邻两次水位间的时距，h。,面积包围法示意图,时间（小时）,二、流量测验,流量：单位时间内通过江河某一横断面的水量，以m3/s计。 流量断面平均流速过水断面面积，即 天然河流因受边界条件影响，断面内的水流分布很不均匀，故求流量采用近似方法。,近似法推求流量,将过水断面用垂线分成若干部分，先求出通过各部分面积上的流量qi，qivifi,，然后求得全断面的流量 流量测验工作包括： 断面测量、流速测定及流量计算,（一）断面测量,在断面上布置若干条测深垂线，施测各条测深垂线的水深，并测各垂线与岸上某一固定点的水平距离，即起点距。如右图。 测深工具视水深、流速大小可采用测深杆、测深锤、测深铅鱼、回声测深仪等。,起点距的测量方法,1、断面索观读法： 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

8、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。 2、测角交会法：在没有架设断面索的测站上，可用经纬仪、平板仪或六分仪平面测角交会法测定起点距。,测角交会法,（1）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，测出角度 ， 则起点距为,D,L,A,C,B,测角交会法,（2）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，只需手握仪器即可测出角 ，它的主要优点是测量时施测人员全部上船，不用支架， 计算起点距的公式为 垂线的水深及起点距测得后，部分面积及全断面面积即可求出。,（二）流速测定,测速仪器：流速仪和浮标 常用的是：机械转子式流速仪。 转子式流速仪分为：旋杯式和旋桨式两种。,流速仪示意图,旋杯式流速仪 旋桨式流速仪,缺点：含沙量较大时转轴加速、漂浮物多时容易缠绕。 非转子式流速仪：针对上述缺点，各国正在试验研究采用其他感应器来测速，如：超声波流速仪、电磁流速仪、光学流速仪等，这些流速仪

9、都称为非转子式流速仪。,1、流速仪测速原理,目前我国使用最多的是重庆水文仪器厂生产的LS68-2型旋杯式流速仪和LS25-1型旋桨式流速仪。 结构：旋转器、尾翼、附属机件 测速原理：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。,流速与转速的关系式,式中： v水流速度，m/s； N旋转器在T秒内的总转数； T测速历时（一般要求不少于100s），s； a,b常数，可通过对仪器的检定求得。,旋杯式流速仪适用于含沙量较小的河流，转轴是垂直的。原理是电路闭合一次，输出一个信号，一般每1转或5转输出一个信号。 旋桨式流速仪的转轴是水平的。输出一个信号，代表螺旋桨旋转20转。,2、测速垂线和测点的选择,一般在测深垂线中选择若干条同时兼作测速垂线 。 测速垂线数目，根据河宽、水深来确定。 我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定,测点数目和位置的确定,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。 测点数目和位置一览表,3、测点流速的测定,测速时，将流速仪顺次放在每条测速垂线的各个测点上施测，记录各测点的总转数N和测速历时T。 利用式 就可求得全断面各测点的流速。 若采用直读式流速仪，则可直接记录流速。,（三）流量计算,方法是：点流速 垂线平均流速 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,1、垂线平均流速的计算,垂线平均流速计算公式一览表,2、部分平均流速的计算,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。 （1）岸边部分面积平均流速的计算 （2）中间部分平均流速的计算,岸边部分面积平均流速的计算,方法：可由紧靠岸边的那条测速垂线的vm乘以岸边系数 而得。 公式： 0.50.9，视水下岸壁坡度及糙率而定。在陡岸边，若岸壁不平整，取为0.80 ；光滑岸壁， 取用0.90 。,中

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