第三章 河川水文测验

1、第三章第三章 河川水文测验河川水文测验本章重点：本章重点：1.1.水位测站的分类，基本水文测站布设的内容；水位测站的分类，基本水文测站布设的内容；2.2.水位观测仪器、方法及水位资料的整编；水位观测仪器、方法及水位资料的整编；3.3.断面测量、流速仪测速及流量计算；断面测量、流速仪测速及流量计算；4.4.各种条件下水位各种条件下水位流量关系，水位流量关系曲线的高、流量关系，水位流量关系曲线的高、低水位延长低水位延长 。水文资料的来源水文资料的来源一、水文站观测资料一、水文站观测资料二、洪水调查资料二、洪水调查资料三、文献考证资料三、文献考证资料 一定时期内连续实测的资料，能较为真实地反映一定时

2、期内连续实测的资料，能较为真实地反映客观实际，是水文分析计算的主要依据。客观实际，是水文分析计算的主要依据。 在流域内一定地点在流域内一定地点(或断面或断面)按统一标准对所需要的水按统一标准对所需要的水文要素作系统观测以获取信息并进行处理为即时观文要素作系统观测以获取信息并进行处理为即时观测信息，这些指定的测信息，这些指定的地点地点称为称为水文测站水文测站。 水文测站所观测的项目有：水文测站所观测的项目有：水位、流量、泥沙、降水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等。水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等。 一、水文站的分类一、水文站的分类1）基本站）基本站2）实验站）实验站

3、3）专用站）专用站 蒸发站等等蒸发站等等雨量站雨量站流量站（也称水文站）流量站（也称水文站）水位站水位站按测站的性质分按测站的性质分 实验站实验站专用站专用站基本站基本站二、测站的布设二、测站的布设1. 测验河段的选择测验河段的选择1）布设基线和基本测流断面）布设基线和基本测流断面2）布设浮标测流断面和比降断面）布设浮标测流断面和比降断面3）设立水准基点及水尺）设立水准基点及水尺4）仪器及工具设置）仪器及工具设置5）其他）其他3. 航道勘测中临时水文站的布设航道勘测中临时水文站的布设2. 基本水文站的布设基本水文站的布设第二节第二节 水位观测水位观测一、水位观测设备及其布置一、水位观测设备及其

4、布置 (1)水位：水位：是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以由水面的高程，以m计。计。 冻结基面冻结基面测站基面测站基面假定基面假定基面绝对基面绝对基面(2)使用基面使用基面 绝对基面：绝对基面：将某一海滨地点将某一海滨地点平均海水面的高程定为平均海水面的高程定为0.000m，作为水准基面。现，作为水准基面。现在统一规定的基面为在统一规定的基面为青岛黄青岛黄海基面。海基面。 注意注意:使用水位资料时一定要查清其基面。使用水位资料时一定要查清其基面。 为推求其他水文数据而提供为推求其他水文数据而提供间接运用资料间接运用资料，如水，如水资源计算，

5、水文预报中的上、下游水位相关法等。资源计算，水文预报中的上、下游水位相关法等。 直接直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独使为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独使用价值的用价值的资料资料，如堤防、坝高、桥梁及涵洞、公路，如堤防、坝高、桥梁及涵洞、公路路面标高的确定；路面标高的确定； 自记水位计自记水位计悬锤式悬锤式矮桩式矮桩式倾斜式倾斜式直立式直立式水尺水尺 自记水位计自记水位计 自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来，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不遗漏任何突然的变化和转折.1 02 0 c mb )a )最 低 水 位最 高 水 位靠 桩水

6、 尺最 高 水 位最 低 水 位水 尺a）直立式水尺 b）倾斜式水尺 直立式水尺遥测水位系统遥测水位系统多功能水位采集平台多功能水位采集平台遥测水位计遥测水位计水情数据采集柜水情数据采集柜遥测水位接收终端遥测水位接收终端2、水位观测的内容和要求、水位观测的内容和要求（1 1） 水位站的水位观测内容和要求水位站的水位观测内容和要求1 1） 观测时段要求观测时段要求2 2） 比降水尺的水位观测要求比降水尺的水位观测要求3 3） 精度要求精度要求4 4） 在施测流速、流向和泥沙时，亦需同时观测基本水尺在施测流速、流向和泥沙时，亦需同时观测基本水尺水位水位（2 2） 港口、航道测设中的临时水位观测港口

7、、航道测设中的临时水位观测1 1） 险滩整治和新建港区的临时水位观测险滩整治和新建港区的临时水位观测2 2） 沿河同步水位观测沿河同步水位观测3、水位观测资料的整理、水位观测资料的整理niiHnH11(1) (1) 日平均水位计算日平均水位计算1 1）算术平均法）算术平均法2 2）面积包围法）面积包围法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统计年统计各种保证率的水位各种保证率的水位附注附注（2 2） 编制编制“逐日平均水位表逐日平均水位表”长江长江 站逐日平均水位表

8、站逐日平均水位表冻结基面高程冻结基面高程0.168m0.168m（吴淞基面）（吴淞基面）19741974年年水位以水位以m m计计 项目项目水位分级水位分级 月份月份各月各级水位发生的日数各月各级水位发生的日数分级水位分级水位日数日数累积水累积水位日数位日数保证率保证率（% %）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各月总日数各月总日数（3 3） 日平均水位过程线及日平均历时曲线绘制日平均水位过程线及日平均历时曲线绘制长江长江 站站19741974年日平均水位历时曲线统计表年日平均水位历时曲线统计表长江长江 站站19741974年日平均水位过程线、历时曲线年日平均水位过程线、历时曲线保持自己的一颗童心学会和各种人愉快的相处第三节第三节 流量测验流量测验 学习要求学习要求 理解断面流量特点。掌握断面测量（包括理解断面流量特点。掌握断面测量（包括水深和起点距的测量）、流速测量、流量计算水深和起点距的测量）、流速测量、流量计算的步骤和方法。的步骤和方法。 重点：重点：流速仪测流方法。流速仪测流方法。i

10、iiAvqQ3. 3. 横断面图的绘制横断面图的绘制二、断面流速特点二、断面流速特点1 1、流速脉动（紊动）、流速脉动（紊动） 3 3、纵向分布、纵向分布2 2、横向分布、横向分布三、三、 流速仪测流流速仪测流（一）流速仪（一）流速仪1、转子式：旋浆式（高速）、旋杯式（低速）、转子式：旋浆式（高速）、旋杯式（低速）流速计算公式流速计算公式 如：如：V=Kn+c 其中：系数其中：系数K、c 出厂时实验确定；出厂时实验确定； n仪器转速。仪器转速。2、非转子式：多普勒剖面流速仪（、非转子式：多普勒剖面流速仪（ADCP)3、超声波流速仪、超声波流速仪点流速线流速部分流速部分流量断面流量起点距、水深测

11、深垂线间面积部分面积水面宽（水面宽（m）1000精测法精测法561012-1515-2015-2525常测法常测法3-556-87-98-138-1313我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定 测点数测点数畅流期畅流期冰期冰期十一点十一点0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0h六（七）点六（七）点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五点五点0.0、0.2、0.6、0.8、1.0h三点三点0.2、0.

12、6、0.8h0.15、0.5、0.85h二点二点0.2、0.8h0.2、0.8h一点一点0.5h或者或者0.6h0.5h流速测点的位置流速测点的位置 断断面面流流量量部部分分流流量量部部分分面面积积测测深深垂垂线线间间面面积积起起点点距距、水水深深部部分分流流速速线线流流速速点点流流速速 60.mVV )VV(V.m802021 )VVV(V.m80602031 )VVVVV(V.m0180602000233101 - 中间部分面积平均流速的计算中间部分面积平均流速的计算 )vv(vmimii 121- 岸边部分面积平均流速的计算岸边部分面积平均流速的计算 mnnmvvvv 或或11- 部分面

13、积的计算部分面积的计算 部分面积是以测速垂线为分界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。岸边部分按三角形计算，中间部分按梯形计算。- 部分流量的计算部分流量的计算 iiiAVq - 断面流量及其他水力要素的计算断面流量及其他水力要素的计算 iAA iqQAQV BAh （1）布设一定数目的测深垂线（部分测深垂线兼）布设一定数目的测深垂线（部分测深垂线兼做测速垂线），测量垂线的起点距和水深，根据做测速垂线），测量垂线的起点距和水深，根据起点距和水深计算起点距和水深计算“测深垂线间面积测深垂线间面积”、“部分部分面积（测速垂线间面积）面积（测速垂线间面积）”（岸边部

14、分按三角形（岸边部分按三角形计算、中间部分按梯形计算）；计算、中间部分按梯形计算）； w（2）在测速垂线上布设测点，测量点流速，然后）在测速垂线上布设测点，测量点流速，然后由点流速计算线流速（由点流速计算线流速（ ），再由线流），再由线流速计算部分流速（按测速垂线划分）（岸边部分速计算部分流速（按测速垂线划分）（岸边部分乘以折算系数、中间部分相邻取平均值）；乘以折算系数、中间部分相邻取平均值）； )VV(V.m802021 （3）根据）根据“部分面积部分面积”和和“部分流速部分流速”计算计算 “部分流量（部分面积乘以部分流速得部分流量）部分流量（部分面积乘以部分流速得部分流量），然后计算断面流

15、量（部分流量之和得断面流量，然后计算断面流量（部分流量之和得断面流量）及其它水力要素。）及其它水力要素。 iiiAVq iAA iqQAQV BAh 声学多普勒剖面流速仪ADCP无线电遥控作业距离距离 = 3m= 3mDepth0.20.20.1走航测量：Q ENSEMBLE = 1.5 m3/sS S Q = 1.5 m3/s距离距离= 9mDepth走航测量：0.20.20.10.30.30.30.20.3Q ENSEMBLE = 4.2 m3/sS S Q = 5.7 m3/s距离距离= 27mDepth走航测量：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距离距离= 39mDepth走航测量：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距离距离= 57m走航测量：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相应水位相应水位与测得的流量相对应的水位与测得的流量相对应的水位方法：方法：1、算术平均法：取测流始、终水位算术平均值。、算术平均法：取测流始、终水位算术平均值。2、b vm加权平均法加权平均法miiimiimvbZvbz式中式中 bi 第第

19、i条测速垂线代表的部分河宽条测速垂线代表的部分河宽 vmi 第第i条测速垂线流速条测速垂线流速 Zi 第第i条测速垂线测流相应水位条测速垂线测流相应水位自动浮标投放器自动浮标投放器四、其它流速面积法四、其它流速面积法（一）缆道积宽法（一）缆道积宽法用缆道输送流速仪沿断面横渡连续测流推求用缆道输送流速仪沿断面横渡连续测流推求断面流量。断面流量。 积积vFKQ式中：式中：F断面面积断面面积 积宽测流计算断面平均流速（计算消除航速影响后）积宽测流计算断面平均流速（计算消除航速影响后）K积积积宽系数，由常测法流量与积宽法流量相关分析获得。积宽系数，由常测法流量与积宽法流量相关分析获得。注意：注意：1、

20、仪器入水深度问题。一般在水面以下几十厘米、仪器入水深度问题。一般在水面以下几十厘米 2、测流岸边盲区处理问题。试验确定岸边系数。、测流岸边盲区处理问题。试验确定岸边系数。方法特点：测流速度快，精度较高（与常测法相近方法特点：测流速度快，精度较高（与常测法相近）积v（二）比降面积法（二）比降面积法 曼宁公式：曼宁公式： 要求：要求：1 、断面稳定、断面稳定 2 、上下断面要有足够落差以免水位观测（、上下断面要有足够落差以免水位观测（20.5cm）误差造）误差造成流量误差超过允许误差范围；一般要求成流量误差超过允许误差范围；一般要求10cm以上。以上。 推导：推导： 当若当若dZ=0.01m, Z

21、=0.1m Z=0.1m 时，流量相对误差时，流量相对误差dQ/Q=5%dQ/Q=5%21321(,)QAR SfZn SnZdZQdQLzARnQ2)(12132第四节第四节 水位水位流量关系曲线流量关系曲线一、水位一、水位流量关系曲线的绘制流量关系曲线的绘制1.1. 稳定良好的水位稳定良好的水位流量关系曲线流量关系曲线2.2. 不稳定的水位不稳定的水位流量关系曲线流量关系曲线1 1）洪水涨落的影响）洪水涨落的影响2 2）回水变动的影响）回水变动的影响3 3）河床冲淤影响）河床冲淤影响二、水位二、水位流量关系的延长流量关系的延长1 1）水位）水位面积面积流速关系延长法流速关系延长法1.1. 水位水位流量关系曲线高水位延长方法流量关系曲线高水位延长方法2 2）水力学公式延长法）水力学公式延长法611