第三章 河川水文測驗

1、第三章第三章 河川水文測驗河川水文測驗本章重點：本章重點：1.1.水位測站的分類，基本水文測站布設(shè)的內(nèi)容；水位測站的分類，基本水文測站布設(shè)的內(nèi)容；2.2.水位觀測儀器、方法及水位資料的整編；水位觀測儀器、方法及水位資料的整編；3.3.斷面測量、流速儀測速及流量計算；斷面測量、流速儀測速及流量計算；4.4.各種條件下水位各種條件下水位流量關(guān)系，水位流量關(guān)系曲線的高、流量關(guān)系，水位流量關(guān)系曲線的高、低水位延長低水位延長 。水文資料的來源水文資料的來源一、水文站觀測資料一、水文站觀測資料二、洪水調(diào)查資料二、洪水調(diào)查資料三、文獻(xiàn)考證資料三、文獻(xiàn)考證資料 一定時期內(nèi)連續(xù)實測的資料，能較為真實地反映一定時

2、期內(nèi)連續(xù)實測的資料，能較為真實地反映客觀實際，是水文分析計算的主要依據(jù)?？陀^實際，是水文分析計算的主要依據(jù)。 在流域內(nèi)一定地點在流域內(nèi)一定地點(或斷面或斷面)按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對所需要的水按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對所需要的水文要素作系統(tǒng)觀測以獲取信息并進行處理為即時觀文要素作系統(tǒng)觀測以獲取信息并進行處理為即時觀測信息，這些指定的測信息，這些指定的地點地點稱為稱為水文測站水文測站。 水文測站所觀測的項目有：水文測站所觀測的項目有：水位、流量、泥沙、降水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水位等。水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水位等。 一、水文站的分類一、水文站的分類1）基本站）基本站2）實驗站）實驗站

3、3）專用站）專用站 蒸發(fā)站等等蒸發(fā)站等等雨量站雨量站流量站（也稱水文站）流量站（也稱水文站）水位站水位站按測站的性質(zhì)分按測站的性質(zhì)分 實驗站實驗站專用站專用站基本站基本站二、測站的布設(shè)二、測站的布設(shè)1. 測驗河段的選擇測驗河段的選擇1）布設(shè)基線和基本測流斷面）布設(shè)基線和基本測流斷面2）布設(shè)浮標(biāo)測流斷面和比降斷面）布設(shè)浮標(biāo)測流斷面和比降斷面3）設(shè)立水準(zhǔn)基點及水尺）設(shè)立水準(zhǔn)基點及水尺4）儀器及工具設(shè)置）儀器及工具設(shè)置5）其他）其他3. 航道勘測中臨時水文站的布設(shè)航道勘測中臨時水文站的布設(shè)2. 基本水文站的布設(shè)基本水文站的布設(shè)第二節(jié)第二節(jié) 水位觀測水位觀測一、水位觀測設(shè)備及其布置一、水位觀測設(shè)備及其

4、布置 (1)水位：水位：是指河流、湖泊、水庫及海洋等水體的自是指河流、湖泊、水庫及海洋等水體的自由水面的高程，以由水面的高程，以m計。計。 凍結(jié)基面凍結(jié)基面測站基面測站基面假定基面假定基面絕對基面絕對基面(2)使用基面使用基面 絕對基面：絕對基面：將某一海濱地點將某一海濱地點平均海水面的高程定為平均海水面的高程定為0.000m，作為水準(zhǔn)基面。現(xiàn)，作為水準(zhǔn)基面。現(xiàn)在統(tǒng)一規(guī)定的基面為在統(tǒng)一規(guī)定的基面為青島黃青島黃?；妗：；?。 注意注意:使用水位資料時一定要查清其基面。使用水位資料時一定要查清其基面。 為推求其他水文數(shù)據(jù)而提供為推求其他水文數(shù)據(jù)而提供間接運用資料間接運用資料，如水，如水資源計算，

5、水文預(yù)報中的上、下游水位相關(guān)法等。資源計算，水文預(yù)報中的上、下游水位相關(guān)法等。 直接直接為水利、水運、防洪、防澇提供具有單獨使為水利、水運、防洪、防澇提供具有單獨使用價值的用價值的資料資料，如堤防、壩高、橋梁及涵洞、公路，如堤防、壩高、橋梁及涵洞、公路路面標(biāo)高的確定；路面標(biāo)高的確定； 自記水位計自記水位計懸錘式懸錘式矮樁式矮樁式傾斜式傾斜式直立式直立式水尺水尺 自記水位計自記水位計 自記水位計能將水位變化的連續(xù)過程自動記錄下來，自記水位計能將水位變化的連續(xù)過程自動記錄下來，不遺漏任何突然的變化和轉(zhuǎn)折不遺漏任何突然的變化和轉(zhuǎn)折.1 02 0 c mb )a )最 低 水 位最 高 水 位靠 樁水

6、 尺最 高 水 位最 低 水 位水 尺a）直立式水尺 b）傾斜式水尺 直立式水尺遙測水位系統(tǒng)遙測水位系統(tǒng)多功能水位采集平臺多功能水位采集平臺遙測水位計遙測水位計水情數(shù)據(jù)采集柜水情數(shù)據(jù)采集柜遙測水位接收終端遙測水位接收終端2、水位觀測的內(nèi)容和要求、水位觀測的內(nèi)容和要求（1 1） 水位站的水位觀測內(nèi)容和要求水位站的水位觀測內(nèi)容和要求1 1） 觀測時段要求觀測時段要求2 2） 比降水尺的水位觀測要求比降水尺的水位觀測要求3 3） 精度要求精度要求4 4） 在施測流速、流向和泥沙時，亦需同時觀測基本水尺在施測流速、流向和泥沙時，亦需同時觀測基本水尺水位水位（2 2） 港口、航道測設(shè)中的臨時水位觀測港口

7、、航道測設(shè)中的臨時水位觀測1 1） 險灘整治和新建港區(qū)的臨時水位觀測險灘整治和新建港區(qū)的臨時水位觀測2 2） 沿河同步水位觀測沿河同步水位觀測3、水位觀測資料的整理、水位觀測資料的整理niiHnH11(1) (1) 日平均水位計算日平均水位計算1 1）算術(shù)平均法）算術(shù)平均法2 2）面積包圍法）面積包圍法nHnmHcbHbaHaHHnn)(.)()(24211210 月月日日1月月2月月3月月10月月11月月12月月123031平均平均最高最高日期日期最低最低日期日期年統(tǒng)計年統(tǒng)計各種保證率的水位各種保證率的水位附注附注（2 2） 編制編制“逐日平均水位表逐日平均水位表”長江長江 站逐日平均水位表

8、站逐日平均水位表凍結(jié)基面高程凍結(jié)基面高程0.168m0.168m（吳淞基面）（吳淞基面）19741974年年水位以水位以m m計計 項目項目水位分級水位分級 月份月份各月各級水位發(fā)生的日數(shù)各月各級水位發(fā)生的日數(shù)分級水位分級水位日數(shù)日數(shù)累積水累積水位日數(shù)位日數(shù)保證率保證率（% %）1 1月月 2 2月月 11 11月月 1212月月219.00219.00220.42220.42111111113.013.01217.00217.00218.99218.991212232315.0715.07206.30206.30206.39206.391 1365365100100日最低日最低206.372

9、06.37各月總?cè)諗?shù)各月總?cè)諗?shù)（3 3） 日平均水位過程線及日平均歷時曲線繪制日平均水位過程線及日平均歷時曲線繪制長江長江 站站19741974年日平均水位歷時曲線統(tǒng)計表年日平均水位歷時曲線統(tǒng)計表長江長江 站站19741974年日平均水位過程線、歷時曲線年日平均水位過程線、歷時曲線保持自己的一顆童心學(xué)會和各種人愉快的相處第三節(jié)第三節(jié) 流量測驗流量測驗 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求 理解斷面流量特點。掌握斷面測量（包括理解斷面流量特點。掌握斷面測量（包括水深和起點距的測量）、流速測量、流量計算水深和起點距的測量）、流速測量、流量計算的步驟和方法。的步驟和方法。 重點：重點：流速儀測流方法。流速儀測流方法。i

10、iiAvqQ3. 3. 橫斷面圖的繪制橫斷面圖的繪制二、斷面流速特點二、斷面流速特點1 1、流速脈動（紊動）、流速脈動（紊動） 3 3、縱向分布、縱向分布2 2、橫向分布、橫向分布三、三、 流速儀測流流速儀測流（一）流速儀（一）流速儀1、轉(zhuǎn)子式：旋漿式（高速）、旋杯式（低速）、轉(zhuǎn)子式：旋漿式（高速）、旋杯式（低速）流速計算公式流速計算公式 如：如：V=Kn+c 其中：系數(shù)其中：系數(shù)K、c 出廠時實驗確定；出廠時實驗確定； n儀器轉(zhuǎn)速。儀器轉(zhuǎn)速。2、非轉(zhuǎn)子式：多普勒剖面流速儀（、非轉(zhuǎn)子式：多普勒剖面流速儀（ADCP)3、超聲波流速儀、超聲波流速儀點流速線流速部分流速部分流量斷面流量起點距、水深測

11、深垂線間面積部分面積水面寬（水面寬（m）1000精測法精測法561012-1515-2015-2525常測法常測法3-556-87-98-138-1313我國精測法、常測法最少測速垂線數(shù)目的規(guī)定我國精測法、常測法最少測速垂線數(shù)目的規(guī)定 測點數(shù)測點數(shù)暢流期暢流期冰期冰期十一點十一點0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0h六（七）點六（七）點0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、（、（0.9）、）、1.0h0.0h或冰底或冰花底或冰底或冰花底0.2、0.4、0.6、0.8、1.0h五點五點0.0、0.2、0.6、0.8、1.0h三點三點0.2、0.

12、6、0.8h0.15、0.5、0.85h二點二點0.2、0.8h0.2、0.8h一點一點0.5h或者或者0.6h0.5h流速測點的位置流速測點的位置 斷斷面面流流量量部部分分流流量量部部分分面面積積測測深深垂垂線線間間面面積積起起點點距距、水水深深部部分分流流速速線線流流速速點點流流速速 60.mVV )VV(V.m802021 )VVV(V.m80602031 )VVVVV(V.m0180602000233101 - 中間部分面積平均流速的計算中間部分面積平均流速的計算 )vv(vmimii 121- 岸邊部分面積平均流速的計算岸邊部分面積平均流速的計算 mnnmvvvv 或或11- 部分面

13、積的計算部分面積的計算 部分面積是以測速垂線為分界部分面積是以測速垂線為分界 岸邊部分按三角形計算，中間部分按梯形計算。岸邊部分按三角形計算，中間部分按梯形計算。- 部分流量的計算部分流量的計算 iiiAVq - 斷面流量及其他水力要素的計算斷面流量及其他水力要素的計算 iAA iqQAQV BAh （1）布設(shè)一定數(shù)目的測深垂線（部分測深垂線兼）布設(shè)一定數(shù)目的測深垂線（部分測深垂線兼做測速垂線），測量垂線的起點距和水深，根據(jù)做測速垂線），測量垂線的起點距和水深，根據(jù)起點距和水深計算起點距和水深計算“測深垂線間面積測深垂線間面積”、“部分部分面積（測速垂線間面積）面積（測速垂線間面積）”（岸邊部

14、分按三角形（岸邊部分按三角形計算、中間部分按梯形計算）；計算、中間部分按梯形計算）； w（2）在測速垂線上布設(shè)測點，測量點流速，然后）在測速垂線上布設(shè)測點，測量點流速，然后由點流速計算線流速（由點流速計算線流速（ ），再由線流），再由線流速計算部分流速（按測速垂線劃分）（岸邊部分速計算部分流速（按測速垂線劃分）（岸邊部分乘以折算系數(shù)、中間部分相鄰取平均值）；乘以折算系數(shù)、中間部分相鄰取平均值）； )VV(V.m802021 （3）根據(jù)）根據(jù)“部分面積部分面積”和和“部分流速部分流速”計算計算 “部分流量（部分面積乘以部分流速得部分流量）部分流量（部分面積乘以部分流速得部分流量），然后計算斷面流

15、量（部分流量之和得斷面流量，然后計算斷面流量（部分流量之和得斷面流量）及其它水力要素。）及其它水力要素。 iiiAVq iAA iqQAQV BAh 聲學(xué)多普勒剖面流速儀ADCP無線電遙控作業(yè)距離距離 = 3m= 3mDepth0.20.20.1走航測量：Q ENSEMBLE = 1.5 m3/sS S Q = 1.5 m3/s距離距離= 9mDepth走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.3Q ENSEMBLE = 4.2 m3/sS S Q = 5.7 m3/s距離距離= 27mDepth走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.

16、4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.2Q ENSEMBLE = 21.6 m3/sS S Q = 56.7 m3/s距離距離= 39mDepth走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21

17、.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.2Q ENSEMBLE = 28.2 m3/sS S Q = 113.1 m3/s距離距離= 57m走航測量：0.20.20.10.30.30.30.20.3 0.40.4 0.50.4 0.50.40.30.30.20.30.5 0.6 0.70.6 0.60.60.50.50.40.40.30.30.20.80.80.8 0.80.70.70.50.50.40.40.30.30.21.0 1.01.00.91.00.90.7

18、0.70.50.50.40.40.20.21.0 1.01.00.91.00.90.70.70.50.50.40.40.20.20.90.80.80.60.50.40.20.80.80.70.50.40.70.70.60.40.30.60.40.30.20.40.30.20.20.1Q ENSEMBLE = 3.6 m3/sS S Q = 153 m3/s相應(yīng)水位相應(yīng)水位與測得的流量相對應(yīng)的水位與測得的流量相對應(yīng)的水位方法：方法：1、算術(shù)平均法：取測流始、終水位算術(shù)平均值。、算術(shù)平均法：取測流始、終水位算術(shù)平均值。2、b vm加權(quán)平均法加權(quán)平均法miiimiimvbZvbz式中式中 bi 第第

19、i條測速垂線代表的部分河寬條測速垂線代表的部分河寬 vmi 第第i條測速垂線流速條測速垂線流速 Zi 第第i條測速垂線測流相應(yīng)水位條測速垂線測流相應(yīng)水位自動浮標(biāo)投放器自動浮標(biāo)投放器四、其它流速面積法四、其它流速面積法（一）纜道積寬法（一）纜道積寬法用纜道輸送流速儀沿斷面橫渡連續(xù)測流推求用纜道輸送流速儀沿斷面橫渡連續(xù)測流推求斷面流量。斷面流量。 積積vFKQ式中：式中：F斷面面積斷面面積 積寬測流計算斷面平均流速（計算消除航速影響后）積寬測流計算斷面平均流速（計算消除航速影響后）K積積積寬系數(shù)，由常測法流量與積寬法流量相關(guān)分析獲得。積寬系數(shù)，由常測法流量與積寬法流量相關(guān)分析獲得。注意：注意：1、

20、儀器入水深度問題。一般在水面以下幾十厘米、儀器入水深度問題。一般在水面以下幾十厘米 2、測流岸邊盲區(qū)處理問題。試驗確定岸邊系數(shù)。、測流岸邊盲區(qū)處理問題。試驗確定岸邊系數(shù)。方法特點：測流速度快，精度較高（與常測法相近方法特點：測流速度快，精度較高（與常測法相近）積v（二）比降面積法（二）比降面積法 曼寧公式：曼寧公式： 要求：要求：1 、斷面穩(wěn)定、斷面穩(wěn)定 2 、上下斷面要有足夠落差以免水位觀測（、上下斷面要有足夠落差以免水位觀測（20.5cm）誤差造）誤差造成流量誤差超過允許誤差范圍；一般要求成流量誤差超過允許誤差范圍；一般要求10cm以上。以上。 推導(dǎo)：推導(dǎo)： 當(dāng)若當(dāng)若dZ=0.01m, Z

21、=0.1m Z=0.1m 時，流量相對誤差時，流量相對誤差dQ/Q=5%dQ/Q=5%21321(,)QAR SfZn SnZdZQdQLzARnQ2)(12132第四節(jié)第四節(jié) 水位水位流量關(guān)系曲線流量關(guān)系曲線一、水位一、水位流量關(guān)系曲線的繪制流量關(guān)系曲線的繪制1.1. 穩(wěn)定良好的水位穩(wěn)定良好的水位流量關(guān)系曲線流量關(guān)系曲線2.2. 不穩(wěn)定的水位不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線流量關(guān)系曲線1 1）洪水漲落的影響）洪水漲落的影響2 2）回水變動的影響）回水變動的影響3 3）河床沖淤影響）河床沖淤影響二、水位二、水位流量關(guān)系的延長流量關(guān)系的延長1 1）水位）水位面積面積流速關(guān)系延長法流速關(guān)系延長法1.1. 水位水位流量關(guān)系曲線高水位延長方法流量關(guān)系曲線高水位延長方法2 2）水力學(xué)公式延長法）水力學(xué)公式延長法611