9、10課.PPT.ppt

1、第五章 水文及水力學(xué)觀測,1 水位 2 降水 3 壓強 4 消能 5 沖淤 6 波浪,一、監(jiān)測布置 一）上游水位 (1)一般在壩前設(shè)置一個觀測點。水面廣闊或形狀特殊的水庫，可在庫區(qū)不同部位設(shè)置少數(shù)臨時性測點。施工期也應(yīng)布設(shè)上、下游水位的臨時觀測點。 (2)上游水位測點宜布設(shè)在水面平穩(wěn)、受風(fēng)浪和泄流影響較小、便于安裝和觀測的穩(wěn)定岸坡或永久建筑物上。 (3)對輸泄水建筑物的上游水位測點，可設(shè)置在引水管前池、渠首、堰前、閘墩側(cè)壁等處。,電站整體示意圖,二)下游水位 (1)下游水位應(yīng)布設(shè)在受泄流影響較小、水流平順、便于安裝和觀測的部位，一般布設(shè)在各泄木建筑物泄流匯合處的下游不受水躍和回流影響的地點。

2、(2)當下游河道無水時，可用河道中的地下水位代替，此時宜布設(shè)測壓管、觀測井或滲壓計，并盡量與滲流監(jiān)測相結(jié)合。 (3)消力池下游的水位測點，宜布設(shè)在距離消力池末端不小于消能設(shè)備總長的35倍處。,三）觀測要求 (1)閘墩、消力池、泄洪工程進水渠的渠首及堰前水位，應(yīng)觀測時均水位。壩面波浪、水電站尾水波動、調(diào)壓井、引水明渠和前池涌浪及船閘充水、泄水時應(yīng)觀測瞬時水位。 (2)時均水位一般用布設(shè)水尺法觀測。水尺有直立式、傾斜式、浮筒式和懸錘式，也可用自記水位計自動記錄。瞬時水位一般用遙測水位計、滲壓計或波浪儀器觀測。,二、觀測設(shè)備 直立水尺 傾斜水尺 懸錘水尺 浮筒水尺 自記水位計 遙測水位計,直立水尺的

3、安裝是在岸邊打樁，把水尺釘在樁上，一般采用的木樁直徑是1525cm、樁長24m，或者在巖石上鉆孔。埋設(shè)鋼樁或鋼筋混凝土樁。要使水尺面對著庫岸，水尺范圍要超出最高和最低水位各0.5m。因此，往往是成組布設(shè)。相鄰水尺間應(yīng)有0.10.2m的重合。在風(fēng)浪較大的地方重合部分可為0.30.4m。 對于上游混凝土壩面和巖石岸坡，可在便于觀測處的混凝土或巖壁上直接刻繪水尺，整個水尺設(shè)置工作應(yīng)在蓄水前完成。,水尺板安裝后，需用四等以上水準測量的方法測定每支水尺的零點高程。在讀得水尺板上的水位數(shù)值后加上該水尺的零點高程就是要觀測的水位值。,傾斜水尺 當測驗河段內(nèi)，岸邊有規(guī)則平整的斜坡時，可采用此種水尺。此時，可以

4、在平整的斜坡上（在巖石或水工建筑物的斜面上），直接涂繪水尺刻度。也可安裝在庫岸斜坡上，自上而下每隔適當距離用混凝土做成穩(wěn)定的基礎(chǔ)或打下鋼板，其上裝置水尺。 水尺的刻度，先用水準測量標記出每米水位標記線的位置，再把相鄰兩條米標記線中間的距離分成100等分，然后用彩色油漆畫上線條和記上數(shù)字。,同直立式水尺相比，傾斜式水尺具有耐久、不易沖毀，水尺零點高程不易變動等優(yōu)點，缺點是要求條件比較嚴格，多沙河流上，水尺刻度容易被淤泥遮蓋。,懸錘水尺一般利用堅固庫岸、橋梁或水工建筑物的岸壁設(shè)置，以帶重錘的懸索(皮線或細鋼絲繩等)測量水面距某一固定點的高差來計算水位。 優(yōu)點：位置穩(wěn)定，不會受到船筏、浮冰、洪水時漂

5、浮物的碰撞，也可避免水草繞住尺樁抬高水位造成的影響； 缺點：懸索長度會改變，在風(fēng)大繩長時會影響讀數(shù)的正確性。,浮筒水尺多安裝在測井或測管內(nèi)，用一根繩索繞過滑輪。一端懸掛浮筒，另一端懸掛平衡錘。繩索穿過支座，下垂到測井內(nèi)，繩索多用鋼帶尺制成，尺上有尺寸標記。 安裝時將鋼帶尺的零點標記對準滑輪旁固定指標上，即確定出相應(yīng)水位高度，浮筒隨水面升降而上下移動，因而指標處的讀數(shù)在改變。只要將讀數(shù)加一常數(shù)即得實際水位。,自記水位計其特點是能自動地在方格紙上面出連續(xù)的水位過程線。 在水面上的浮子經(jīng)過滑輪把水位升降變化傳遞到由鐘表機械帶動的轉(zhuǎn)軸上，由畫筆在轉(zhuǎn)簡的方格紙上自動畫出水位過程線。,遙測水位計有電阻式、

6、電感式、鋼弦式、電機式等多種，設(shè)計時主要根據(jù)儀器觀測精度、測量范圍、長期穩(wěn)定性、防水性能和傳播距離等選用。若布設(shè)合適的滲壓計或壓力傳感器，直接作為遙測水位計進行觀測，是比較方便實用的。 遙測水位計一般可利用便攜式數(shù)字儀表測量或自動采集測量記錄水位數(shù)據(jù)。,2 降水,一、監(jiān)測布置 (一)雨量站位置 在壩區(qū)選擇四周空曠、平坦，避開局部地形、地物影響的地方設(shè)置雨量站。 一般情況下，四周障礙物與儀器的距離應(yīng)超過障礙物的頂部與儀器管口高度差的2倍。,雨量站由雨量傳感器、雨量數(shù)據(jù)采集器（由數(shù)據(jù)采集器部分和采集控制部分組成）和上位計算機、上位數(shù)據(jù)處理軟件組成。雨量傳感器將降雨轉(zhuǎn)化為脈沖信號傳輸?shù)接炅繑?shù)據(jù)采集器

7、中，采集器中采集控制部分對數(shù)據(jù)進行分析、處理后將數(shù)據(jù)存儲、上傳。上位計算機通過RS232串口或調(diào)制解調(diào)器讀入數(shù)據(jù)并處理后顯示。,(二)雨量站面積 雨量站宜設(shè)置專用面積，布設(shè)一種儀器時，面積不小于4m 4m；布設(shè)兩種儀器時，面積不小于4m 6m。 周圍還應(yīng)設(shè)置柵欄，保護儀器設(shè)備。如下圖所示。,圖5-1 降雨觀測站布置(單位：m) (a)一個雨量器； (b)同時有兩個雨量器和自記雨量計,（三）泄洪霧化 泄洪霧化屬臨時性監(jiān)測，測點布置較多，可不受上述要求限制。 一般在霧化強降水區(qū)布設(shè)電測雨量計，在弱降水區(qū)則布設(shè)人工雨量器。,二、觀測設(shè)備 (一) 雨量器 一般采用的儀器是20cm口徑的雨量器。雨量器由

8、雨量筒、儲水瓶和量杯組成。 為防止雨水濺失，提高觀測精度，雨量筒承雨的管口做成內(nèi)直外斜的刀刃形，雨水直入器口后，由漏斗集中匯人儲水瓶中；量杯是特制的玻璃杯，杯身有刻度，用以計量儲水瓶中的雨量，小格表示01mm，大格表示1mm。,(二)自記雨量計 (1)自記雨量計是自動連續(xù)記錄降雨液體的儀器，一般采用虹吸式自記雨量計。 (2)當雨水進入承水器后，經(jīng)小漏斗匯入浮子室中。浮子隨雨水增多而升高，并帶動自記筆，在附于自記鐘上的記錄紙上畫出雨量曲線。 (3)在浮子升到相當于10mm降水量高度時，雨水稍微高出虹吸管彎曲部分，虹吸管便立即發(fā)揮作用，將雨水自動排入儲水瓶內(nèi)，浮子隨之降落至原來位置，自記筆也回落到

9、零線上，以便再一次上升。,(三)智能雨量計 這是一種遙測和自動測報雨量計。 國產(chǎn)儀器由3部分組成： (1)傳感器。由改進型翻斗式雨量計組成。 (2)采集器。完成雨量數(shù)據(jù)存儲、誤差修正、通訊等功能、存儲的數(shù)據(jù)可由用戶自備的微機采集，自動打印任意時段降雨量、起訖時間、計算日降雨量； (3)記錄器。受采集器CPU控制，完成雨量參數(shù)模擬記錄，可由用戶決定是否選用。,儀器的主要特點： (1)使用方便、測量過程自動化。 (2)可靠性高，數(shù)傳儀與采集器互不影響，互為校核。 (3)傳感器采用雙信號或三信號制，一個信號失誤，不影響記錄。 (4)測量精度高。 自動進行誤差修正，全機密封防潮。,3 壓強,一、監(jiān)測布

10、置 (一)布置要求 壓強觀測布置應(yīng)根據(jù)泄水建筑物進出口水位差決定。當水位差超過80100m時，應(yīng)布設(shè)壓強測點。 布設(shè)測點時以能反映過水表面壓強分布特征滿足監(jiān)測工程安全運行為原則。,（二）觀測點 1、泄水建筑物測點一般布設(shè)在閘孔中線、閘墩兩側(cè)和下游曲線段或不連續(xù)部位、如溢流壩的堰頂、壩下反弧及下切點附近以及相應(yīng)位置的邊墻等處。 2、對于過水邊界不平順及突變等部位，如平板閘門槽下游邊壁、挑流鼻坎、消力墩側(cè)壁等需布設(shè)測點。 3、有壓管道進口頂部曲線段、漸變段、分岔段及局部不平整突體的下游邊界上，宜根據(jù)需要布設(shè)測點。,(三)觀測站 1、觀測站應(yīng)盡量保持干燥、通風(fēng)，宅溫基本穩(wěn)定，并避免受建筑物或地基振動

11、的影響。 2、電源應(yīng)保持穩(wěn)定，不受大功率電氣設(shè)備影響及信號的干擾。 3、觀測站應(yīng)盡量靠近測點，交通方便，照明良好。,二、觀測設(shè)備 (一) 測壓管 (二) 測壓計 壓力表、比壓計等 比壓計是直接測量兩點壓強差的裝置。常用的比壓計有水比壓計和水銀比壓計。如果測量較大的壓差則用水銀比壓計。,壓力表中的彈性敏感元件隨著壓力的變化而產(chǎn)生彈性變形。 壓力表采用彈簧管（波登管），膜片，膜盒及波紋管等敏感元件并按此分類。所測量的壓力一般視為相對壓力。一般相對點選為大氣壓力。彈性元件在介質(zhì)壓力作用下產(chǎn)生的彈性變形，通過壓力表的齒輪傳動機構(gòu)放大，壓力表就會顯示出相對于大氣壓的相對值(或高或低)。,4 消能,一、監(jiān)

12、測布置 (一)觀測內(nèi)容 消能觀測包括： 底流 面流 挑流 3類水流形態(tài)的測量和描述。,底流消能指從加強水流的紊動出發(fā)，在建筑物下游采取一定的工程措施，控制水躍發(fā)生的位置，通過水躍產(chǎn)生的表面漩滾和強烈的紊動以達到消能的目的。觀測的重點是水流從急流狀態(tài)變化到緩流狀態(tài)時水面產(chǎn)生水躍的水力現(xiàn)象。 包括躍前及躍后水位、水面線、水躍形態(tài)和長度以及水躍平面流態(tài)和流速等。,底流消能的型式主要有以下三種： (1)降低護坦高所形成的消力地消能。 (2)在護坦末端修建消力坎所形成的消力池消能。 (3)以上兩種型式加上趾墩、消力墩、尾檻等輔助消能工程所形成的綜合式消力池消能。,面流消能指當下游水深較大而且比較穩(wěn)定時，

13、可采取一定的工程措施，將急流導(dǎo)向下游水面，主流與河床之間由巨大的底部漩滾隔開，可避免高速水流對河床的沖刷。 觀測的重點是壩下水流流態(tài)及面流波。 包括回流范圍及回流中心、回流流向、淤積區(qū)、波動特性及岸邊波浪爬高、波高沿程衰減過程及終點。,挑流消能：利用下泄水流所挾帶的巨大動能，因勢利導(dǎo)將水流挑射遠離建筑物的下游。在挑射過程中，水流受到空氣的阻力而擴散，摻入大量空氣，降落到下游水面后，又受到下游水體的阻力，形成激烈的漩滾而消能。 觀測的重點是挑流水舌和水勢消能及霧化。 包括水舌出射角及入水角、水舌軌跡及挑距、沖坑、平面擴散度及碰撞流態(tài)、霧化范圍和強度的測定。,消能方式：空中消能水中消能,工程實際中

14、，消能方式的選擇是一個十分復(fù)雜的問題，必須結(jié)合具體工程，兼顧水力、地形、地質(zhì)及應(yīng)用條件進行綜合分析選定。上述三種消能型式的優(yōu)缺點如下： (1)底流消能的優(yōu)點：水躍穩(wěn)定，安全可靠，消能效果好，下游水面波動小。 缺點：消力池的工程量大，增加工程造價。 (2)挑流消能的優(yōu)點：節(jié)約護坦工程，可降低造價，消能效果好。 缺點：空中霧氣大，尾水波動大，要求下游河床抗沖能力強。 (3)面流消能的優(yōu)點：主流在表面，底部流速小，不易沖刷河床，有利于漂木、漂冰和宣泄其他漂浮物。 缺點：水流銜接形式復(fù)雜多變，不易控制。下游水面波動很大，兩岸易遭沖刷，有礙航運及水輪機工作。,5 沖淤,一、監(jiān)測布置 (一)觀測斷面 1、

15、庫區(qū) 通常在攔河壩前布設(shè)1個斷面至入庫前均勻布置若干個斷向，斷面方向一般與主河道基本垂直，在河道拐彎處可布置成輻射狀，見下圖。,每個斷面除兩端各有1個斷面樁外，還應(yīng)在兩端延長線上布設(shè)1個導(dǎo)標，以作斷面測量時定向之用。導(dǎo)標一般用混凝土或鋼軌制成，其高度為35m，結(jié)構(gòu)型式見下圖。,(二)測點定位 1、纜索法 對于庫面較窄的河床式水沖，流速在11.5m/s以內(nèi)時，可采用纜索法決定測深點的位置。施測方便，成果可靠，即在兩斷面樁間固定一根鋼絲索或大瞬繩索，在纜索上根據(jù)測點位置設(shè)立標志，施測時測船沿纜索逐點進行，在鄰近岸邊測點時還應(yīng)測量出最近岸邊標志到水邊的距離，如下圖。,纜索法定位,2交會法 當庫面寬度

16、大于150200m，且流速大于15m/s時，可采用測角交會法決定測點位置、在適當位置布設(shè)兩個控制點，各架設(shè)一部經(jīng)緯儀或大平板儀，對各測點進行交會測量，如下圖所示。,分別測出測點與控制點之間的夾角、，即可計算出測點位置。實際觀測時，必須使兩部經(jīng)緯儀的測角和測船上測深同時進行讀數(shù)。 此法除應(yīng)用于測量橫斷面沖淤局程外。還可用于沿水流方向觀測縱斷面的水下地形。,二、監(jiān)測方法 監(jiān)測方法見下表，可根據(jù)需要將其中兩種方法結(jié)合使用。,1、斷面測量法 在庫區(qū)或河床沿水流方向每隔一定距離設(shè)一斷面，兩端用斷面樁進行控制，每隔一定距離測量一點水深，測出水底高程斷面與前次觀測結(jié)果比較，即得變形量或淤積及沖刷量。,2、直

17、接測量法 此法是在測點處固定設(shè)置混凝土或其他耐久材料制成的地形樁(或稱淤積樁)，并測出樁頂高程和露出長度，以后在庫水位消落時，直接測量樁的露出長度，二者之差即為地形變化量。,3、地形測量法 在庫區(qū)及河床周圍設(shè)立控制網(wǎng)，據(jù)以確定細部點的平面位置，并在細部點測量水深，由水位算得水底高程然后繪在平面圖上，可求得地形的等高線。,三、觀測設(shè)備 (一)測深桿,用松木或樅木制成。長46m，直徑56cm，桿底端帶有鐵圓盤，底面和桿的零點重合，桿上涂漆，并繪出o1m的分劃，見右圖。 把測深桿垂直插入水中觸及水底，觀測桿上的深度標記即可得知測點的水深。測深桿僅適用于淺水水域。,(二)測深錘 用系鉛錘的繩索代替竹竿

18、，繩索上以不同顏色的標記表示深度，稱為測深錘，又稱水砣，沿用至今已有2000年的歷史。在船舶上，測深錘一般適用于測量30米內(nèi)的水深，當船舶靜止時，可達60米。 見圖。,(三)測深鉛魚 在流速及水深較大的地方常采用測深鉛魚，以23mm直徑的柔軟鋼絲繩懸掛在測船的絞車上，其旁有計數(shù)器，每測完一測點只需將鉛魚提出水面，只要提高幾米，然后將船行至另一測點施測。鉛魚是一個魚狀流線型重物，如圖。,（四）回聲測深儀 此法是測定由發(fā)射換能器發(fā)出的聲波，碰到水底后再反射回來到接收換能器所需的時間，根據(jù)時間和聲波在水中的傳播速度來計算水底深度。 回聲測測儀帶有自己系統(tǒng)，因此在實際觀測中不需逐點施測，只要測船以一定

19、的船速由沖瘀斷面一端駛向另一端，即可測出斷面水深，測深誤差為水深的1以內(nèi)。美國440型雙頻超聲測深儀可在現(xiàn)場同時提供圖形和數(shù)字輸出的測深結(jié)果。,(五)水下探測儀 水下探測儀是由水聲技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。整套設(shè)備由聲納探頭、控制處理器及高分辨率顯示器3部分組成。 國產(chǎn)S1型體積小、重量輕、便于攜帶、操作方便，可廣泛應(yīng)用于水下地形測量、堤壩坡度測量、水下結(jié)構(gòu)物測量等方面，也可在各種船舶、潛水器和岸邊使用。,6 波浪,一、監(jiān)測布置 (一)監(jiān)測目的 1、掌握庫區(qū)風(fēng)生波發(fā)展現(xiàn)律，制定庫區(qū)護岸和土石壩護坡方案，防止發(fā)生破壞。分析水庫波浪與土壩護坡的關(guān)系，尤其是對庫區(qū)開闊的平原水庫

20、和經(jīng)常遭遇臺風(fēng)的東南沿海地區(qū)的水庫。防波問題更為突出。,2、決定大壩安全超高及防浪墻合理高度，確定明渠、水道邊墻安全超高及明流隧洞洞頂余幅高度。 3、了解尾水波對機組出力的影響，以保證發(fā)電出力。 4、測量波浪對閘門等輕型建筑物的作用力，據(jù)以擬定防護措施。,防浪墻,5、監(jiān)測下游河道波浪對岸邊沖擊、淘刷及對通航的影響，提出消波和防波的工程措施，尋求改善水工建筑物布置方案。 6、由于現(xiàn)有規(guī)范或經(jīng)驗公式都難以全面反映各種類型工程的不同情況，根據(jù)監(jiān)測資料可以建立風(fēng)力、吹程與波高的關(guān)系，波高與爬波的關(guān)系，波壓力與塊石護坡厚度的關(guān)系等。所以波浪觀測資料不僅為本工程服務(wù)，還可為制定規(guī)范積累資料及類似工程參考。

21、,（二）波浪 1、庫面波浪監(jiān)測點宜市置在離岸邊有一定距離不受反射波影響處，一般不小于100m，要求該處水下地形比較平坦，水深最好大于該區(qū)可能出現(xiàn)的最大波長之半。 2、岸上監(jiān)測點最高位置應(yīng)高出最高水位5m以上，并在護坡上布置變形監(jiān)測點，觀測水平和垂直位移。 3、在護坡上按高程刻劃水尺，觀測波浪在護坡上的爬高。,（三）輸水建筑物及電站下游波浪 1、測點一般布置在水電站尾水管下游、通航的引航道、泄水建筑物直接受沖擊波影響的部位。 2、對于下游河窄、水淺、流急，難以在河心布置測點的部位，可沿岸邊或尾水建筑物上布置水尺，用目測法或攝影法觀測波動情況。,（四）明渠高速水流水面波浪 1、監(jiān)測點主要布置在能觀測高速水流沖擊波的位置和高度，特別是沖擊波與邊墻相交和反射的爬高，這是水流可能翻越邊墻的部位。 2、測點布置在能測出波線與主流線夾角之間的關(guān)系，從而可以了解在最大流量情況下的水流流態(tài)。,（五）調(diào)壓井涌浪 1、監(jiān)測甩負荷涌浪過程線。測點布置應(yīng)能觀測最高涌浪、最低涌浪、波動周期和波動穩(wěn)定時間，同時配合進行觀測水輪機蝸殼和引水管