水文资料的收集与整理方法课件.ppt

第三章 水文资料的收集与整理方法,水位、流量、降水量、入渗量及蒸发量等，都是水文计算的基本依据，统称为水文资料 对这些水文资料的测量，称为水文测验,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，要有一个基面作为起点，水文测验中采用的基面有下列4种： 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：这是在水文测站附近没有国家水准点或在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3-1水位观测,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：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 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。

其中应用最广泛的是直立式水尺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2.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，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,WYD10型压力式遥测水文计,（二）水位的观测,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，视需要而定日平均水位的计算,算术平均法： 面积包围法：,,1983年赣江吉安站逐日平均水位表,3-2 流量测验,流量是单位时间内流过江河某一横断面的水量 ，以m/s计 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。

过水断面的流量=断面平均流速断面面积 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一、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 由此即可绘出河槽断面图，然后由所测水位及断面图，即可算出相应的过水断面面积,断面测量示意图,---- 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水深当水很深、流速很大时， 可用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,)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，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。

)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,二、流速仪测速 测定流速的方法很多，常用的有流速仪法和浮标法 --- 流速仪 流速仪是一种专门测定水流速度的仪器，目前我国使用最多的是旋杯式流速仪和旋桨式流速仪LS68-2型旋杯式流速仪,,,LJX-1 旋桨式流速仪,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，测速历时一般不应少于100s 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我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定： (三)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 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 + 3 V0.2 +3 V0.6 +2V0.8 +V1.0 ) / 10 各式中Vm 为垂线平均流速，V0.0 、V0.1、 V1.0为各相对水深处的测点流速2.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 )/2 ---- 岸边部分面积平均流速的计算 V1=Vm1 或 Vn = Vmn ---- 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3.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 4.断面流量的计算,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三、相应水位计算,与实测流量或流速相对应的水位，称为相应水位 在测流的过程中水位不断变化，各条垂线在测流时的水位可能不同，为此只能采用其加权平均值作为相应水位3-3 水位与流量关系曲线,一、水位与流量关系曲线的特性 用断面的实测流量和相应水位资料点绘的曲线，即称为水位流量曲线 它在水文分析计算中应用很广主要用处是： 可根据断面的水位推求相应的流量，大大减轻实测流量的繁重工作，将其简化为水位观测；还可将水文计算所得的设计流量和设计水位相互转换。

1.水位与流量实测点距分布特性,天然河道中的水位流量关系大体可以分为两种一种是单一关系，称“稳定良好”的水位流量关系；另一种是一个水位值可能对应两个以上的流量值，称为“不稳定”的水位流量关系 以水位为纵坐标，流量为横坐标，一一对应绘于坐标纸上，顺着点群的分布趋势，并通过点群中心绘出一条光滑关系曲线 为了便于核查及水位流量关系曲线的外延，常将水位流量 、水位流速、水位面积曲线绘于同一张纸上稳定的水位流量关系常常用下述数学模型来描述，有： 式中: Z断流水位 K、n系数,2. 水位流量关系曲线的影响因素,流量 Q=f(断面面积A、平均流速V) 平均流速V=f(水力坡度I、河床糙率n) 河床淤积的影响 洪水涨落的影响 河床糙率的影响,,二、水位与流量关系曲线的延长方法(了解),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 高水位方向的延长幅度，要小于实测水位变幅的30% 低水位方向的延长幅度，要小于实测水位变幅的10%,水位流量关系曲线的高水位延长： 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水位流量关系曲线的低水延长： 低水延长常采用断流水位法所谓断流水位是指流量为零时的水位，一般情况下断流水位的水深为零此法关键在于如何确定断流水位，最好的办法是根据测点纵横断面资料确定3-4河流泥沙测验与冰凌观测,一、悬移质泥沙测算 描述河流中悬移质的情况，常用的两个定量指标是含沙量和输沙率 单位体积内所含干沙的质量，称为含沙量，用Cs表示，单位为kg/m3 单位时间流过河流某断面的干沙质量，称为输沙率，以Qs表示，单位为kg/s 断面输沙率是通过断面上含沙量测验配合断面流量测量来推求的1.悬移质含沙量的采集 含沙量测验，一般需要采样器从水流中采取水样我国目前使用较多的采样器有横式采样器和瓶式采样器,不论用何种方式取得的水样，都要经过量积、沉淀、过滤、烘干、称重等手续，才能得出一定体积浑水中的干沙重量水样的含沙量可按下式计算： 式中 Cs---水样含沙量，g/L或kg/m3；Ws---水样中的干沙重量，g或kg；V---水样体积，L或m3；,2.输沙率测验 输沙率测验是由含沙量测定与流量测验两部分工作组成的。

为了测出含沙量在断面上的变化情况，由于断面内各点含沙量不同，因此输沙率测验和流量测验相似，需在断面上布置适当数量的取样垂线，通过测定各垂线测点流速及含沙量，计算垂线平均流速及垂线平均含沙量，然后计算部分流量及部分输沙率 对于取样垂线的数目，当河宽大于50m时，取样垂线不少于5条；水面宽小于50m时，取样垂线不应少于3条 垂线上测点的分布，视水深大小以及要求的精度而不同，可有一点法、二点法、三点法、五点法等 垂线平均含沙量计算 根据测点的水样，得出各测点的含沙量之后，可用流速加权计算垂线平均含沙量例如畅流期的垂线平均含沙量的计算式为： 五点法 三点法 二点法,一点法 式中：Csm---垂线平均含沙量，kg/m3； Csj---测点含沙量，脚标j为该点的相对水深，kg/m3；Vj---测点流速，m/s，脚标j的含意同上；Vm---垂线平均流速，m/s；b---一点法的系数，由多点法的资料分析确定，无资料时可用1.0 断面输沙率计算 根据各条垂线的平均含沙量Csmj，配合测流计算的部分流量，即可算得断面输沙率Qs(t/s)为： 式中：qi---第i根垂线与第i-1根垂线间的部分流量，m3/s； Csm。