水文测验学讲义2

第一章测站布设什么是水文测验？系统收集和整理水文资料的各种技术工作的总称。狭义的水文测验指水文要素的观测。水文测验包括：1、为了获得水文要素各类资料，建立和调整水文站网。2、为了准确、及时、完整、经济地观测水文要素和整理水文资料并使得到的各项资料能在同一基础上进行比较和分析，研究水文测验的方法，制定出统一的技术标准。3、为了更全面、更精确地观测各水文要素的变化规律，研制水文测验的各种测验仪器、设备。12/1/202414、按统一的技术标准在各类测站上进行水位观测，流量测验，泥沙测验和水质、水温、冰情、降水量、蒸发量、土壤含水量、地下水位等观测，以获得实测资料。5、对一些没有必要作驻站测验的断面或地点，进行定期巡回测验，如枯水期和冰冻期的流量测验、汛期跟踪洪水测验、定期水质取样测定等。6、水文调查，包括测站附近河段和以上流域内的蓄水量、引入引出水量、滞洪、分洪、决口和人类其他活动影响水情情况的调查。也包括洪水、枯水和暴雨调查。水文测验得到的水文资料，按照统一的方法和格式，加以审核整理，成为系统的成果，刊印成水文年鉴，供用户使用。12/1/20242第一节水文测站及站网一、水文测站

在河流上或流域内设立的，按一定技术标准经常收集和提供水文要素的各种水文观测现场的总称。按目的和作用分为基本站、实验站、专用站、辅助站。基本水文站按观测项目可分为水位站、流量站、泥沙站、雨量站、水面蒸发站、水质站、地下水观测井等。通常将有流量测验项目的站称为水文站。12/1/20243基本站是为综合需要的公用目的，经统一规划而设立的水文测站。基本站应保持相对稳定，在规定的时期内连续进行观测，收集的资料应刊入水文年鉴或存入数据库长期保存。如长江上很有名气的宜昌站（有系统水文观测资料始于1877年4月英制海关水位，至今已有132年的历史。

）、汉口站。12/1/20244试验站是为深入研究某些专门问题而设立的一个或一组水文测站，实验站也可兼做基本站。如降水径流试验站。专用站是为特定的目的而设立的水文测站，不具备或不完全具备基本站的特点。如位于三峡大坝与葛洲坝之间，专门为三峡工程服务的黄陵庙水文站。辅组站是为帮助某些基本站正确控制水文情势变化而设立的一个或一组站点。是基本站的补充，弥补基本站观测资料的不足。如为获取某河段水位落差而增设的比降水位观测站。12/1/20245二、水文站网及其作用水文站网是在一定地区，按一定原则，用适当数量的各类水文测站构成的水文资料收集系统。由基本站组成的站网。称为基本水文站网。相应的有水位站网、流量站网、泥沙站网、雨量站网、水面蒸发量站网、水质站网、地下水观测井网等。容许最稀站网：以满足水资源评价和开发利用的最低要求，由起码数量的水文测站组成的水文站网。水文站网密度可以用现实密度和可用密度两种指标来衡量。现实密度指单位面积上正在运行的站数；可用密度指虽然停止观测，但已经取得有代表性或可以延长系列的站数。站网密度通常指现实密度。12/1/20246三、水文站网规划与调整水文站网规划是制定一个地区（流域）水文测站总体布局而进行的各项工作的总称。基本内容有：进行水文分区（根据地区的气候、水文特征和自然地理条件，所划分成的不同水文区域即水文分区。不同的水文要素，如流量、降水、蒸发等可有不同的水文分区。通常的水文分区主要指为在面上布设区域代表站，以满足内插径流特征值为目的的区划。）、确定站网密度、选定设站位置、拟定设站年限、各类站网的协调配套、编制经费预算、制定实施计划。分析检验站网存在的问题主要有：测站位置是否合适，测站河段是否满足要求，水帐是否能算清，测站间配套是否齐全等。（受水利工程影响，现在很多站网存在上述问题，需要进行调整。）12/1/20247四、基本水文站网的布设原则（一）、基本流量站网的布设原则流量站按水体的类型，可分为河道站、水库站、湖泊站、潮流量站。河道站是设立在天然或人工河道或渠道上的流量站。天然河道上的流量站根据控制面积大小及作用，区分为大河控制站、区域代表站和小河站。大河控制站：控制面积3000km2—5000km2以上的大河干流上的流量站。按线的原则布设（着重讲解布站数目的上下限、位置等）。（如长江干流葛洲坝以下从上到下依次设有宜昌站、枝城站、沙市站、监利站、螺山站、汉口站、九江站、大通站、南京站等）小河站：干旱区在300km2—500km2以下、湿润区在100km2—200km2以下的小河流上设立的流量站。布设小河站网的目的主要在于收集小面积暴雨洪水资料，探索产汇流参数在地区上和随下垫面变化的规律。按分类原则布设。区域代表站：其余天然河流上设立的流量站。布设区域代表站的目的主要在于控制流量特征值的空间分布，通过径流资料的移用技术，提供分区内其它河流的流量特征值或流量过程。按区域原则布设。12/1/20248（二）、基本水位站网的布设原则水位站网主要是控制水位转折变化，以满足内插精度要求、相邻站之间的水位落差不被观测误差所淹没为原则。设站位置，可按下述原则选择：1、满足防汛抗旱、分洪滞洪、引水排水、水利工程或交通运输工程的管理运用等需要。2、满足江河沿线任何地点推算水位的需要。3、尽量与流量站的基本水尺相结合。12/1/20249（三）、基本泥沙站网的布设原则

大河控制站以控制多年平均输沙量的沿程变化为主要目标，按直线原则确定布站数量，并选择相应的流量站观测泥沙（泥沙测验必须和流量配套）。区域代表站和小河站以控制输沙模数的空间分布，按一定的精度标准内插任一地点的输沙模数为主要目标，采用与流量站网布设相类似的区域原则，确定布站数量；同时考虑河流代表性，面上均匀分布，不遗漏输沙模数的高值区和低值区。简要介绍雨量站网、蒸发站网、水质站网

12/1/202410一、测验河段的选择原则测验河段的定义：为测量水文要素，按照一定的技术要求，在河流上选择对水位流量关系稳定性起控制作用，并设有相应测验设施的河段。选择测验河段，应该遵守如下原则：1、首先应满足设站目的；根据这一原则，可确定测验河段的大致范围，如三峡水库的入库水量控制站寸滩站、荆江河段防洪控制站沙市站等。2、能保证各级洪水安全操作与测验精度，有利于建立尽可能稳定、简单的水位流量关系。这一原则，对于取得可靠的观测资料，简化内业整理工作，节约人力物力，具有重要作用。3、在满足上述原则的前提下，尽可能照顾生活、交通、通讯上的方便。第二节、水文测验河段的查勘与选择12/1/202411二、测站控制测站控制的定义：对水文站水位流量关系稳定性起控制作用的断面或河段水力因素综合影响的总称。若测站控制发生在某一个断面上，则称为断面控制。若测站控制靠一段河槽的底坡、糙率、断面形状等因素的共同作用来实现，称为河槽控制。水位流量关系：河渠中某断面的实测流量与其相应水位之间所建立的相关关系呈单值关系。测验断面的定义：在测验河段内进行水文要素测验的河渠横断面。弗汝德数Fr的概念：Fr是水力学中一个极为重要的判别数，它是断面平均流速和相对波速的比值。弗汝德数Fr反映了过水断面上单位重量液体所具有的平均动能和平均势能之比。临界流Fr=1，急流（2倍动能大于势能）Fr>1，缓流（2倍动能小于势能）Fr<112/1/20241212/1/202413（一）、断面控制天然河道中，如有突起的石梁、急滩、卡口、人工堰坝等，当水流流过该处时，将使水面曲线发生明显转折，形成临界流，出现临界水深，从而对水文站的水位流量关系稳定性形成的测站控制，叫断面控制。（画图版述公式推导）临界水深的概念：断面比能（过水断面的最大水深和流速水头之和，也就是以断面最低点为基准面的单位总机械能）为最小值时的断面水深。也是临界流时的水深。需要注意的是：1、石梁、急滩等断面控制一般只在低水时有控制作用，高水时消失；2、卡口、弯道及人工堰坝等在高水时，也能够造成水面曲线的转折，形成临界流，产生临界水深，有测站控制作用；3、测流断面一般选择在控制断面上游附近河段。原因：断面处测验误差大，且不安全。下游处没有控制作用。12/1/202414（二）、河槽控制什么叫河槽控制？由测验河段的河槽底坡、糙率、断面形状等水力因素的组合，对水文站的水位流量关系稳定性形成的测站控制。天然河道决定流量大小的基本水力因素有4个，水位、断面因素、糙率、水面比降。要使水位流量关系呈单一关系，或者说使水位流量关系保持稳定，必须具备如下条件之一：1、在同一水位下，断面因素、糙率、水面比降维持不变；2、在同一水位下，断面因素、糙率、水面比降虽有所变动，但它们对流量大小的影响恰好相互补偿。具备上述条件而产生河槽控制的河段必须具有相当长的顺直河段，河床稳定，不生水草，不受变动回水影响等。

12/1/202415三、选择测验河段的具体要求优先选择具有断面控制的河段作为测验河段，又在同一水深观测误差条件下，断面水深大者误差小，在几处具有相同控制特性的河段上，应选择水深较大的窄深河段作为测验河段。12/1/202416四、测验河段的勘测调查工作1、查勘前准备2、测验河段现场调查3、野外测量4、编写勘测报告12/1/202417第三节、测站的设立站网规划已经做好——测站位置基本明确——测验河段已经选择好——选择具体河段设站。一、断面布设断面根据用途不同可分为：1、基本水尺断面：经常观测水文测站水位而设置的断面；2、流速仪测流断面：用流速仪法测定流量而设置的断面，可与基本水尺断面重合。3、浮标测流断面：用浮标法测定流量而设置的上、中、下三个断面，中断面可与流速仪测流断面或基本水尺断面重合。4、比降水尺断面：观测河段比降而设置的上下二个或多个断面。5、辅助水尺断面：测算通过闸坝、堰槽、涵洞的流量，而在其下游适当位置处设立的水位（水头）观测断面。6、临时测流断面：测流断面设施因故遭受破坏，或某一级水位测站控制发生变化，或水文勘测中在测验河段附近临时设立的流量测验断面。12/1/202418布设断面前首先要弄清楚测验河段的水流方向，

绘制水流平面图。水流平面图：由测量获得测验河段水体表面的流速和流向的平面分布图。断面布设一般有如下二个要求：1、所布设的断面方向线应与断面处水流平均流向垂直。2、同一类型断面之间的间距有要求。（浮标上下断面、比降断面）结合教材逐个断面介绍相关具体要求12/1/202419断面布设图12/1/202420二、基线的布设基线的概念？测算垂线及浮标在断面线上的起点距而在岸上设置的线段或三角测量中推算三角锁网起始边长所依据的基本线段。起点距的概念？在测验断面上，以一岸断面桩为起始点，沿断面方向至另一岸断面桩间任一点的水平距离。断面桩的概念？设立在水文断面两岸的测量标志桩。断面标志的概念？设立在水文断面两岸用来标识断面位置和方向的永久性标牌。结合教材，画图讲述基线设置的相关的详细要求。12/1/202421第四节、测验渡河设备一、测验渡河设备的作用和分类对于有流量和泥沙测验项目，采用面积流速法测流的测站，渡河设备主要发挥如下作用：测量水道断面面积（A=B*H水深、起点距或部分河宽）、流速、流向、采取水样等。渡河设备可划分为4类：1、渡船测流设备：如机船（俗称水文测轮）、锚碇测船、过河索吊船。2、岸上测流设备：主要为电动水文缆道。3、架空测流设备：如渡河缆车、测桥、吊桥等。4、涉水测流设备：设备简单，小河枯季测流。有些测站，为了满足各种情况下的测流，往往需要同时具有几种渡河设备。12/1/202422二、几种主要的测验渡河设备1、过河索吊船设备：用于船上测流，需要在测流断面上游架设一条与测流断面平行，能够牵引测船作横向运动，并使测船固定在测验断面上的跨河钢索，即用于测船水平定位，让测船在指定的起点距处进行流速、水深测验和采取水样等。（介绍宜昌站吊船过河索）2、水文缆道：水文缆道是为把测验仪器运送到测验断面任一指定起点距和垂线测点，以进行测验作业而架设的可水平和铅直方向移动的跨河索道系统。主要由承载、驱动、信号传递三部分组成。按循环索是否闭合，分为开口式和闭口式，开口式的居多。（介绍荆江局各站缆道以及EKZ-1型缆道测流智能化控制系统。见图）3、升降式水文缆车：水文缆车指悬吊在水文缆道行车上用来承载人员、设备并能在测量断面任一垂线水面附近进行测验作业的设备。12/1/202423过河索吊船设备12/1/202424闭口式缆道12/1/202425开口式缆道12/1/202426第二章、水位观测第一节、概述一、水位观测的目的和意义水位的定义：河流或其它水体的自由水面相对于某一基面的高程，单位以m表示。水位是反映水体、水流变化的重要标志，也是水文测验中最基本的观测要素，以及水文测站常规的观测项目，十分重要，体现在如下方面：1、防汛抗旱以及工程建设需要。2、推算其它水文要素并掌握其变化过程的间接资料。水位观测的要求？要求准确、连续观测水位变化过程，不得中断，洪水起涨以及峰顶峰谷附近要加密观测，不得漏测洪峰水位。12/1/202427水文站进行水位观测一般有哪些具体要求？1、以满足顾客要求，能测得完整的水位变化过程，满足日平均水位计算，推求流量和水情拍报的要求为原则。2、不断流的河流每日8时必须进行1次水位观测。每日水位观测的段次一般系根据日水位变幅大小、水位高低（高、中、低水位）来制定，一般有1、2、4、8、12、24段次观测等。并在特殊情况下及时加测，如：a)顾客要求增加测次。b)年最高、最低水位附近应增加测次。c)上下游出现分洪、溃口等现象时应随时增加测次。d)上列段次不能满足报汛要求时，按水情任务书的规定要求增加测次。12/1/202428二、影响水位变化的因素1、水体自身水量的变化—江河、渠道来水量的变化，水库以及湖泊引入、引出水量的变化和蒸发、渗漏等使总水量发生变化，使水位发生相应的涨落变化。2、约束水体条件的改变—河道的冲於，改变的和、湖、水库底部的平均高程等（三峡蓄水后清水下泻，冲刷河床，导致河床下切，同流量下水位下降）；3、水体的相互干扰影响使水位发生变化—如在河口汇流处的水流之间会发生相互顶托；水库蓄水产生回水影响，使水库末端的水位抬升，水面线出现翘尾巴现象等。12/1/202429三、基面与水准点（重点）基面的定义？计算水位和高程的起始面。可取用海滨某地的多年平均海平面或假定平面。基面有以下四种：1、绝对基面（标准基面）：将某一海滨地点平均海平面的高程定为零的水准基面，如黄海73、黄海59、吴淞、珠江等。我国的标准基面是“1985国家高程基准”。使用绝对基面的好处是任何站点的水位都可以直接拿来比较、分析等。2、假定基面：为计算水文测站水位或高程而假定的水准基面。常在测站附近没有国家水准点，或者一时不具备接测条件的情况下使用。3、测站基面：水文测站选在略低于历年最低水位或河床最低点的一种专用假定的固定基面。使用测站基面的优点是水位数字比较简单。4、冻结基面：水文测站第一次使用某种基面后，即将其高程固定下来的基面。也是水文站使用最多的一种基面，其优点是使测站的历年水位资料保持连续，便于单站分析比较。12/1/202430三、基面与水准点（重点）需要注意的是：水文测站不管使用哪种基面，都必须找到本站使用的冻结基面与1985国家高程基准或其它绝对基面之间的高差关系，并在整编成果中进行详细说明，让资料使用方（顾客）清楚。比如说：沙市站水位使用的冻结基面与各绝对基面关系如下（插补一张水准点高程考证表）

与冻结基面差(m)吴淞(资用)1956年黄海1985国家高程基准-0.418m-2.208m-2.152m12/1/202431（一）、水位观测所采用的基面应符合下列规定1、已设水位站，应将原用的基面冻结下来，作为冻结基面。2、新设站应采用与上下游测站相一致的基面，并作为本站的冻结基面。3、水位站已采用测站基面的可以继续沿用。4、水位站采用的冻结基面应尽快与我国现行的国家高程基准面相连接，各项水位、高程资料中应写明本站采用的基面与国家高程基面之间的换算关系。12/1/202432（二）、测站水准点的设置及引测1、测站使用的水准点分级水准点的定义？用水准测量方法测定的水准点。该点相对于某一采用基面的高程一般是已知的，并埋设有标石。⑴、引据水准点:用来引测测站基本水准点的国家二、三等水准点。⑵、基本水准点:水文测站永久性的水准点。⑶、校核水准点：用来引测和检查水文测站断面、水尺和其他设备高程的水准点，根据需要设在便于引测的地点。2、基本水准点的设置：基本水准点应设在测站附近历年最高水位以上，地形稳定、便于引测保护的地点。当测站附近设有国家水准点时，可设置一个基本水准点；当测站与国家水准点连测有困难时，应在不同的位置设置三各基本水准点，并选择一个作为常用水准点。3、校核水准点的设置：当基本水准点离水尺断面较远时，校核水准点应设在便于引测和稳定的地点。当基本水准点离水尺断面较近时，可不设置。4、水准点高程测量应符合下列规定：12/1/2024334、水准点高程测量应符合下列规定

⑴、基本水准点除列入国家一、二、三等水准网的以外，其高程应从国家二、三等水准点用不低于三等水准接测。据以引测的国家水准点一经选用，当无特殊情况时，不得随意更换。⑵、校核水准点应从基本水准点采用三等水准接侧。当条件不具备时，可采用四等水准接测。⑶、水准点稳定性较差的，或对水位精度要求较高的测站，基本水准点宜3—5年校测一次；其他测站宜5—10年校测一次。校核水准点宜每年校测一次。当有变动迹象时，应及时校测。⑷、当上下比降断面附近分别设有校核水准点时，且基本水准点向两个校核水准点分别引测的测距之和与两个校核点之间的测距相比相差较大，应从基本水准点先引测其中一个，再连测另一个。当基本水准点处于上下比降断面校核水准点之间时，可分别引测。12/1/202434第二节、水位的观测设备分为直接观测设备（即水尺，水位=水尺读数+水尺零点高程）和间接观测设备（水位自记仪）。一、水位的直接观测设备（一）、水尺的种类直立式、倾斜式、矮桩式、悬锤式4种，选择水尺类型时，应优先选用直立式水尺，当直立式水尺设置或观读有困难而断面附近有固定的岸坡或水工建筑物的护坡时，可选用倾斜式水尺；在易受流冰、航运、浮运或漂浮物等冲击以及岸坡十分平坦的断面，可选用矮桩式水尺。当断面情况复杂时，可按不同的水位级分别设置不同形式的水尺。直立式水尺由水尺靠桩和水尺板组成。水尺的刻度必须清晰，最小刻画为1cm，误差不大于0.5mm，当长度在0.5m以下时，累计误差不得超过0.5mm，当水尺长度在0.5m以上时，累计误差不得超过该长度的1‰。现在用得比较多的水尺一般为长度为0.6m、1.0m、1.2m的搪瓷水尺板。水尺靠桩一般为木桩、钢管、钢筋混凝土等组成。12/1/2024351、直立式水尺及布设要求⑴、位置必须便于观测人员接近，直接观读水位，并应避免漩涡、回流、漂浮物等影响。在风浪较大的地区，必要时应采用静水设施。⑵、布设范围，应高于测站历年最高、低于历年最低水位0.5m。⑶、同一组的各支基本水尺，应设置在同一断面线上。当因地形限制或其他原因必须离开同一断面线设置时，其最上游与最下游水尺之间的同时水位差不应该超过1cm。⑷、同一组的各支比降水尺，当不能设置在同一断面线上时，偏离断面线的距离不得超过5m，同时任何两只水尺的顺流向距离不得超过上、下比降断面间距的1/200。⑸、相邻两支水尺的观测范围宜有0.1—0.2m的重合，当风浪经常较大时，重合部分可适当放大至0.4m。水尺设置后，应按照四等水准的要求测量其零点高程。12/1/202436直立式水尺图片12/1/202437直立式水尺图片12/1/2024382、倾斜式水尺及布设要求⑴、倾斜式水尺应将金属板固紧在岩石坡上或水工建筑物的斜坡上，按斜线与垂线长度的换算，在金属板上刻划尺度，或直接在水工建筑物的斜面上刻划，刻度面的坡度应均匀，刻度面应光滑。⑵、刻划尺度应采用下列两种方法：A、用水尺零点高程的水准测量方法在水尺板或斜面上测定几条整分米数的高程控制线，然后按比例内插需要的分划刻度。B、先测出斜面与水平面的夹角，然后按照斜面长度与垂直长度的换算关系绘制水尺。12/1/2024393、矮桩式水尺及布设要求⑴、矮桩式水尺入土深度与直立式水尺靠桩相同，桩顶宜高出床面5—20cm,木质矮桩顶面宜打入直径为2—3cm的金属园图钉，以便放置测尺。⑵、两相邻桩顶的高差宜在0.4—0.8m之间，平坦岸坡宜在0.2—0.4m之间。淤积严重的地方，不宜设置矮桩式水尺。12/1/2024404、悬锤式水尺及布设要求悬锤式水尺（应该是水位计），适用于断面附近有坚固陡岸、桥梁或水工建筑物的岸壁可以利用的测站。⑴、应能测到历年最高、最低水位，当利用坚固陡岸或其它地方水工建筑物设置时，应选择水流平顺不受阻水影响的地方。当条件限制，测不到历年最高、最低水位时，应配置其它观测设备。⑵、安装时，支架应固紧在坚固的基础上，滚筒轴线应与水面平行，悬锤总量应能拉直悬索。安装后，应进行严格的率定，并定期检查测索引出的有效长度与计数器或刻盘读数的一致性，其误差应为±1cm。12/1/202441（二）、水尺零点高程的测量1、测量等级：采用四等水准从校核水准点引测水尺零点高程。2、往返测量的水尺零点高程不符值为：平坦地区：±4，不平坦地区±3，若超限，本次测量无效，重新测量。3、采用水尺零点初测高程作为使用高程，以后测量中，若测量高程与初测高程≤10mm（比降水尺5mm）继续采用初测高程作为使用高程，否则应复测，证实水尺零点高程是否真的发生变动，若变动，应查明变动原因和日期，确定新高程的启用日期，并对水位资料进行改正。4、测量频次：要求做到先测后用，客观条件不具备的话，也应在使用后1—3天之内进行测量。水尺使用过程中，也应定期校测，以能掌握水尺的变动情况，准确取得水位资料为原则。12/1/202442二、水位的间接观测设备间接观测设备主要由感应器、传感器与记录装置3部分组成。感应水位的方式有：浮筒式、水压式、超声波式等。按传感距离，可分为就地自记式与远传、遥测自记式两种。按水位记录形式，可分为记录纸曲线式、打字记录式、固态模块记录式等。（一）、浮子式水位计适用于可修建测井、无封冻、河床无较大冲於变化的测站。是使用历史长，用户量大，产品成熟，是目前使用较多的一种水位自记仪器。工作原理：利用水面的浮子随水面一同升降，并将它的运动通过比例轮传递给记录装置或指示装置的一种水位自记仪器。组成：浮子式水位计由自记仪和自记台两部分组成。自记台按结构形式和在断面上的位置可分为岛式、岸式、岛岸结合式。自记仪由感应部分、传动部分、记录部分、外壳四部分组成。1、水位感应部分：由浮子、悬索、比例轮和平衡锤组成。2、水位传动部分：主要由比例轮、变速齿轮、转向轮等组成。3、水位记录及传输部分（重点介绍）：记录水位随时间的变化过程，即水位过程线。记录方式有模拟刻划记录和数字记录两种方式。12/1/2024434、简要介绍目前浮子式水位自记仪的一般技术指标要求分辨率：1.0cm；测量范围：0—40m水位变率：不大于40cm/min，特殊时不低于100cm/min允许误差：0～10m变幅内允许误差为±2cm可靠性指标：MTBF≥25000h（平均无故障时间,“MeanTimeBetweenFailure）信号输出：采用标准的串行或并行输出口波浪抑制：有波浪抑制功能环境条件：温度：-10～＋50℃，湿度≤90%RH（40℃）(RelativeHumidity湿温相对度)防雷抗干扰：水位传感器及信号传输线具有防雷及抗干扰性能12/1/2024445、浮子式水位自记仪的优缺点⑴、工作性能稳定，维修方便。⑵、需修测井，一次性投资大。⑶、进水管高程一般高于历年最低水位，所以在低水位时无法工作（水库站除外），很难做到在全水位变幅范围内实行自记。⑷、多沙河流每年需要对沉沙池进行清淤。⑸、井内水位变化滞后。测井内外含沙量差异造成测井内外水位有差异。12/1/202445（二）压力式水位自记仪定义：利用敷设于最低水位以下的压力传感器，通过静水压力的变化来测量水位的仪器，称为压力式水位计。分为气泡式和压阻式两种。1、压阻式水位计：将扩散硅集成压阻式半导体压力传感器或压力变换器直接投入水下测点，感应静水压力的水位测量装置。优点：无需要建造水位测井，投资小，安装方便。不足：压力传感器存在温度漂移，影响测量精度。（温度漂移一般是指,环境温度变化时会引起晶体管参数的变化,这样会造成静态工作点的不稳定,使电路动态参数不稳定,甚至使电路无法正常工作。）2、气泡式水位计：将一根上端装有压力传感器和气源的管子插入水中，以恒定流向管子里通入少量空气或惰性气体，压力传感器即可测出管内气体压力，此值与管子末端以上水头成正比，通过记录系统转换成水位。该仪器的压力传感器不直接与水体接触，可不建测井，特别适用水体污染严重和腐蚀性强的工业废水等场合。国外应用气泡式水位计较普遍，长江委水文局各水位站点应用也很普遍。12/1/2024463、简要介绍压阻式水位计一般技术指标要求环境条件：-10—80℃数字化宽温度补偿精度：不低于0.5%(含-10—80℃温度变化对精度的影响)量程：0-10m、0-20m、0-30m线缆长度：200m信号输出：具备RS485通讯接口；4—20mA两线制电流输出12/1/2024474、简要介绍气泡式水位计一般技术指标要求分辨率：1cm测量范围： 0～30m（最小量程）最大水位变率：40cm/min传感器精度：±0.02%F.S电源电压：9~16VDC长期稳定性 ：±0.05%F.S（F.S是fullscale全量程，满量程每年的检测误差为±0.05%）显示：范围、时间、日期、水位值信号输出标准：SDI-12串行数字接口,RS232附件：1个出口铜杯、1个氮气瓶、减压阀、感压管（聚乙烯塑料）环境条件：-20℃～60℃湿度：0～95%RH（无凝结）12/1/202448（三）、超声波水位计定义：利用超声波在不同介质中的传播特性差异，将换能器安装在水下（液介式）或水上（气介式）某一已知高程位置，通过记录换能器脉冲源所发射脉冲在往返时间内的脉冲数来测量水位的仪器。（超声波是指频率在2000Hz以上，不能引起正常人听觉反应的机械振动波。）1、工作原理：根据超声波在水（或空气）中的传播速度和时间，来测定所经过的距离，从而计算出水位。⑴、超声波在水中的传播速度计算公式v=1410＋4.21T－0.037T2＋1.14S⑵、超声波在空气中的传播速度计算公式v=331.45＋0.61T式中V:超声波在水（空气）中的传播速度m/sT:水（空气）的温度，℃S:水的含盐度，以千分率计12/1/2024492、超声波水位计的结构与组成超声波水位计一般由换能器、超声发收控制部分、数据显示记录部分和电源组成。⑴、换能器：水位感应器件，完成声能和电能之间的相互转换。⑵、超声发收控制部分：超声发收控制部分与换能器结合，发射并接受超声波，从而形成一组与水位直接并联的发收信号。⑶、超声传感器：将换能器、超声发收控制部分和数据处理部分组合在一起的部件。它既可以作为超声波水位计的传感器部件，与该水位计的显示记录相连接，又可以作为一种传感器与通用型数传设备相连接。12/1/2024503、HW—1000C非接触式水位计一、组成部分

1、超声波水位测量控制器

2、有线水位测量端机

3、超声传感器

4、温度传感器

5、传输电缆

二、用途

1、在天然河流上或人工水渠使用

2、水库监测坝前水位或坝下水位

3、调压井水位监测

三、技术指标

传感器水位变幅5-40m

10m变幅误差＜±2cm；10～20cm变幅误差＜±3cm

工作温度：-15℃～50℃

最大传输距离：2000m

固态存储：单站530天

四、特点

1、测验过程实现非接触

2、不受高流速、漂浮物以及水质电化反映的影响

3、投资少，不需要建设观测井

4、无机械运动部件，从而提高了无故障工作时间≥8000h

5、全量变温度自动补偿

12/1/202451第三节、水位观测与日平均水位计算一、水位观测总的要求有2各方面：1、精度：观读记至1cm，当上下比降断面的水位差小于0.20m时，比降水位应观读记至0.5cm。2、测次数：根据河流特性及水位涨落变化情况合理分布；应能测到完整的水位变化过程，满足日平均水位计算、各项特征值统计、水文资料整编和水情拍报的要求；在峰顶、峰谷、水位过程转折处应布有测次；水位涨落急剧时，应加密测次。（一）、用水尺观读水位（即通常说的人工观测水位）1、每天北京时8时必须进行观测，其它时间根据上述要求和顾客要求，按2、4、8、12、24等段制进行观测（具体要求水文测站都会在水位观测任务书中进行明确）。2、水尺接头观测。3、现场记录。12/1/202452（二）、用自记水位仪观测水位1、自记水位仪的的检查和使用不同的仪器，检查和使用方法也不一样，检查的目的是为了确保仪器处于正常工作状态，能够连续不断地收集准确、可靠的水位资料。⑴、检查的频次和时间：一般是1天1—2次，固定在8、20时，对于工作稳定性好的仪器，也可以7天或更长时间检查一次。⑵、检查时，需要人工同步观测水位并记录，比较二者误差大小，一般情况水位误差≤2cm，且不是系统误差时，无需对仪器进行调整。⑶、检查仪器走时是否准确，机械部件是否运行正常。⑷、根据不同的仪器，还应检查供电、供气、传输、显示等系统工作是否正常。以上检查时发现的问题，需立即排除，确保仪器正常工作、水位观测不中断，若仪器无法正常工作，立即采用人工观测水位。2、自记水位仪的比测投产⑴、置信水平95%的综合不确定度≤3cm，系统误差≤1cm。⑵、计时误差满足精度要求。12/1/2024533、自记水位计记录的订正与摘录订正分时间订正和水位订正，先进行时间订正，后进行水位订正。什么状况需要订正？时间：1日内误差超过5分钟（高精度仪器1分钟）；水位：自记与人工同步观测水位超过2cm（高精度仪器1cm）。⑴、时间订正：采用直线比例法（可举例说明）⑵、水位订正：采用直线比例法和曲线趋法（可举例说明）对于因测井滞后产生的水位差以及测井内外因含沙量差异引起的水位差订正做简要介绍。水位摘录（重点）为什么要对观测的水位进行摘录？观测的水位数据太多，用少而精的，具有代表性的测次数即可反应水位变化过程。12/1/202454水位摘录摘录的水位成果应该满足哪些要求？应该反映水位变化的完整过程，并应满足计算日平均水位、统计特征值和推算流量的需要。如何进行摘录？水位变化不大且变率均匀，按等时距摘录。变化急剧，加摘转折点。哪些时段的水位必须摘录？每日8时必摘，特征水位必摘，采用面积包围法计算日平均水位时，0、24时必摘。以上可以举例演示说明12/1/202455二、日平均水位计算（重点）日平均水位是指在某一水位观测点一日内水位的平均值。

一、面积包围法（重点）面积包围法，又称48加权法，它适用于水位变化剧烈且不是等时距观测的时期。计算时可将一日内0-24时的折线水位过程线下之面积除以一日内的时数得之。适用于水位变化剧烈且不是等时距观测时期。随着计算机的普及，目前都采用此法。画图说明计算方法二、算术平均法适用于1日内水位变化不大，或虽有变化当系等时距观测或摘录时，现在一般不使用。12/1/202456面积包围法计算日平均水位12/1/20245712/1/202458面积包围法列表计算日平均水位12/1/202459第四节、地下水的观测与计算一、地下水系统导论（结合水利部编制的《地下水监测规范》讲述）（一）、地下水性质存储性、流动性、调节性、恢复性（二）、地下水的蓄水结构含水层、隔水层、透水层（三）、有关地下水监测的几个术语含水层顶板、含水层底板、包气带、水文地质条件、地下水埋深、地下水过程线、注水试验、年末差二、井网规划与布设井网分3类：1、基本监测井网：由重点基本监测井和普通监测井组成。2、统测井网，由统测井组成，一般只考虑水位和水质2个监测项目。3、试验井网，由试验井组成。12/1/202460三、地下水的动态监测地下水的动态监测基本项目包括：水位、水量、水温和水质等。1、水位监测介绍监测频次和精度要求2、水量监测