河川徑流和水文測驗.ppt

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1、1,河川徑流和水文測驗,軟件業(yè)務(wù)部 楊麗,北京慧圖信息科技有限公司,2,河川徑流基本概念 徑流的形成過程 徑流的表示方法和度量單位 水文測驗的基本概念 水文測站的設(shè)立 水文測驗的方式 水位觀測 流量測驗 水文調(diào)查與水文遙感 水文資料處理(水位流量關(guān)系曲線的確定),主要內(nèi)容：,3,河川徑流基本概念,徑流 指降水所形成的，沿著流域地面和地下向河川、湖泊、水庫、洼地等流動的水流。 地面徑流（地表徑流） 沿著地面流動的水流。 地下徑流 沿土壤巖石孔隙流動的水流稱為地下徑流。 河川徑流 匯集到河流后，在重力作用下沿河床流動的水流。,北京慧圖信息科技有限公司,4,徑流的形成過程,流域內(nèi)，自降雨開始到水

2、流匯集到流域出口斷面的整個物理過程，稱為徑流形成過程。它是一個極為復(fù)雜的過程，為了便于認(rèn)識，一般把它概化為產(chǎn)流階段和 匯流階段。,5,凈雨 降雨經(jīng)植物截留、下滲、填洼、蒸發(fā)等損失過程，降雨扣除這些損失后，剩余的部分為凈雨。凈雨在數(shù)量上等于它所形成的徑流量。 產(chǎn)流階段 當(dāng)降雨滿足了植物截留、洼地蓄水和表層土壤儲存后，后續(xù)降雨強度又超過下滲強度、其超過下滲強度的雨量，降到地面以后，開始沿地表坡面流動稱為坡面漫流，是產(chǎn)流的開始。如果雨量繼續(xù)增大，漫流的范圍也就增大，形成全面漫流，這種超滲雨沿坡面流動注入河槽，稱為坡面徑流。地面漫流的過程，即為產(chǎn)流階段。,6,匯流階段 凈雨沿坡面從地下匯入河

3、網(wǎng)，然后再沿著河網(wǎng)匯集到流域出口斷面，這一完整的過程，稱為流域匯流過程。前者稱為坡地匯流，后者稱為河網(wǎng)匯流。,7,坡地匯流過程,坡面漫流：超滲雨滿足了填洼后產(chǎn)生的地面凈雨沿坡面流到附近河網(wǎng)的過程。 表層流徑流：表層流凈雨沿坡面?zhèn)认虮韺油寥揽紫读魅牒泳W(wǎng)形成的徑流。 坡地地下匯流：地下凈雨向下滲透到地下潛水面或深層地下水體后，沿水力坡度最大的方向流入河網(wǎng)，形成坡地地下匯流。 對凈雨在時程上進(jìn)行的第一次再分配。降雨結(jié)束后，坡地匯流仍將持續(xù)一定時間。,8,河網(wǎng)匯流過程,定義： 各種成分徑流經(jīng)坡地匯流注入河網(wǎng)，從支流到干流，從上游向下游，最后流出流域出口斷面，這個過程稱為河網(wǎng)匯流或河槽集流過程。 河

4、槽調(diào)蓄作用： 坡地水流進(jìn)入河網(wǎng)后，使河槽水量增加，水位升高，這就是河流洪水的漲水階段。在漲水段，由于河槽貯蓄一部分水量，所以對任一河段，下斷面流量總小于上斷面流量。隨降雨和坡地漫流的逐漸減少直至完全停止，河槽水量減少，水位降低，這就是退水階段。這種現(xiàn)象稱為河槽調(diào)蓄作用。 河槽調(diào)蓄作用是對凈雨在時程上進(jìn)行的第二次再分配。,9,徑流的表示方法和度量單位,河川徑流在一年內(nèi)和多年期間的變化特性，稱為徑流情勢，前者稱為年內(nèi)變化或年內(nèi)分配，后者稱為年際變化。 河川徑流情勢：流量、徑流量、徑流深、流量模數(shù)、徑流系數(shù)。,10,流量: 單位時間內(nèi)通過河流某一斷面的水量。記為Q，以m3/s計。 日、月、

5、年、多年平均流量、指定時段的平均流量。 徑流量: 時段T內(nèi)通過河流某一斷面的總水量。記為W，以m3、萬m3 、億m3計，有時也用時段平均流量與時段的乘積為單位，如(m3/s)d、 (m3/s)M等。,11,徑流深： 將徑流量平鋪在整個流域面積上所得的水層深度，記為R，以mm計。 徑流模數(shù)： 流域出口斷面流量與流域面積之比值， 記為M，以L/(skm2)計。 徑流系數(shù)： 某一時段的徑流深R與相應(yīng)時段內(nèi)流域平均降雨深度P之比值。記為。,12,水文測驗基本概念,北京慧圖信息科技有限公司,水文測驗：對各種水文要素進(jìn)行系統(tǒng)觀測及對觀測資料進(jìn)行整編的總稱。水文測驗是水文工作的基礎(chǔ)。根據(jù)水文測驗資料

6、，可以掌握各地水文要素變化規(guī)律，為水資源評價和開發(fā)利用、防洪抗旱、水源保護(hù)、生態(tài)建設(shè)提供情報。 水文測站：組織進(jìn)行水文測驗的基層單位，也是收集水文資料的基本場所。水文測站的主要任務(wù)是按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對指定地點（或斷面）的水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā) 、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水位等項目進(jìn)行觀測及資料整編。水文測站觀測的水文資料，經(jīng)過系統(tǒng)地分析計算和整編，才能作為正式的水文資料刊布或存貯入數(shù)據(jù)庫。 水文測站按其觀測項目可分為水位站、流量站、雨量站等；按其性質(zhì)又可分為基本站和專用站兩類。專用站在面上輔助基本站，而基本站在時間系列上輔助專用站。 基本站：是綜合國民經(jīng)濟(jì)各方面需要，由國家統(tǒng)一規(guī)劃建立，它執(zhí)

7、行水文測驗標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行較長時期連續(xù)觀測，資料編成水文年鑒刊布或以其它形式長期存貯。 專用站：是為科學(xué)研究、工程建設(shè)、管理運用等特定目的而設(shè)立的。其觀測項目、觀測要求及觀測年限，由設(shè)站部門依據(jù)設(shè)站目的自行規(guī)定。,13,水文站網(wǎng)：因為單個測站觀測到的水文要素其信息只代表了站址處的水文情況，而流域上的水文情況則須在流域內(nèi)的一些適當(dāng)?shù)攸c布站觀測，這些測站在地理上的分布網(wǎng)稱為水文站網(wǎng)。廣義的站網(wǎng)是指測站極其管理機構(gòu)所組成的信息采集與處理體系。 水文站網(wǎng)布站的原則：通過所設(shè)站網(wǎng)采集到的水文信息經(jīng)過整理分析后，達(dá)到可以內(nèi)插流域內(nèi)任何地點水文要素的特征值，這也就是水文站網(wǎng)的作用。水文站網(wǎng)規(guī)劃的任務(wù)，就是研究測站

8、在地區(qū)上分布的科學(xué)性、合理性、最優(yōu)化等問題。,水文站,水文站自計臺,水文站測站比測洪水,14,水文測站的設(shè)立 水文測站的設(shè)立包括選擇測驗河段和布設(shè)觀測斷面。 1、測驗河段的選擇：在站網(wǎng)規(guī)劃規(guī)定的范圍內(nèi)，具體選擇測驗河段時，主要考慮在滿足設(shè)站目的要求的前提下，保證工作安全和測驗精度，并有利于簡化水文要素的觀測和信息的整理分析工作。具體地說，就是測站的水位與流量之間呈良好的穩(wěn)定關(guān)系（單一關(guān)系）。 2、觀測斷面的布設(shè)：水文測站一般應(yīng)布設(shè)基線、水準(zhǔn)點和各種斷面，即基本水尺斷面、流速儀測流斷面、浮標(biāo)測流斷面、比降斷面。,(1)基線：通常與測流斷面垂直，起點在測流斷面線上。其用途是用經(jīng)緯儀或六分儀測角交會

9、法推求垂線在斷面上的位置?；€的長度視河寬B而定，一般應(yīng)為0.6B； (2)水準(zhǔn)點：分為基本水準(zhǔn)點和校核水準(zhǔn)點，基本水準(zhǔn)點是測定測站上各種高程的基本依據(jù)，校核水準(zhǔn)點是經(jīng)常用來校核水尺零點的高程。,水文測站基線與斷面布設(shè)示意圖,15,(3) 基本水尺斷面上設(shè)立基本水尺，用來進(jìn)行經(jīng)常的水位觀測。 (4) 測流斷面應(yīng)與基本水尺斷面重合，且與斷面平均流向垂直。 (5) 浮標(biāo)測流斷面有上、中、下三個斷面一般中斷面應(yīng)與流速儀測流斷面重合， 上、下斷面之間的間距不宜太短，其距籬應(yīng)為斷面最大流速的5080倍。 (6) 比降斷面設(shè)立比降水尺，用來觀測河流的水面比降和分析河床的糙率。 水文測驗的方式 收集水文

10、信息的基本途徑可分為： 1、駐測：在河流或流域內(nèi)的固定點上對水文要素所進(jìn)行的觀測。這是我國收集水文信息的最基本方式，但存在著用人多、站點不足、效益低等缺點。 對于為了探索各種水文特征值在時間上的變化規(guī)律和防汛需要而設(shè)立的基本水文站。特別是對于干、支流大河控制站，要求水文觀測人員常駐水文觀測站點，對流量等水文要素進(jìn)行較長時期的連續(xù)觀測。,16,2、巡測：水文觀測人員以巡回流動的方式，定期或不定期地對一地區(qū)或流域內(nèi)各觀測點進(jìn)行流量等水文要素的觀測。如有些水文站一年內(nèi)的水位與流量呈單一線型關(guān)系，可用水力學(xué)公式推算流量，以及枯水期流量變化不大，采用定期測流可以滿足精度要求等情況，均可采用巡測方式

11、。 3、間測：中小河流水文站有10年以上資料分析證明其歷年水位流量關(guān)系穩(wěn)定，或其變化在允許誤差范圍內(nèi)，對其中一要素（如流量）停測一時期再施測的測停相間的測驗方式 。 某些水文站在取得多年實測資料以后，經(jīng)分析證明某二個水文要素（如水位與流量）間歷年關(guān)系穩(wěn)定，或其變化在允許誤差范圍之內(nèi)，對其中某一水文要素（如流量）采取停測一個時期再行校測的測驗方式 。,17,4、自動測報系統(tǒng)：隨著電子計算機技術(shù)、通訊技術(shù)及傳感器的發(fā)展，在國內(nèi)已建成不同形式的水文自動測報系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常由傳感器、編碼器、傳輸系統(tǒng)和資料接收設(shè)備等部分組成。遙測站的傳感器將感應(yīng)的水文變量（如水位、雨量等）轉(zhuǎn)換成電訊號 ，經(jīng)過編碼、調(diào)

12、制、發(fā)射，直接或通過中繼站、衛(wèi)星將數(shù)據(jù)傳送到資料接收中心。經(jīng)解調(diào)、解碼、鑒別，還原水文變量，并對搜集到的數(shù)據(jù)及時地進(jìn)行適當(dāng)處理。 自動測報系統(tǒng)具有效率高、速度快、節(jié)省人力的特點?？梢詫崟r地獲取水文信息，有效地提高預(yù)報精度和增長預(yù)見期，對防洪、工程管理和水利調(diào)度發(fā)揮巨大作用 。,18,一、水位 水位：是指河流、湖泊、水庫及海洋等水體的自由水面的高程，以m計。 水位與高程數(shù)值一樣，要有一個基面作為起點。 水文測驗中采用的基面有下列四種： 絕對基面：將某一海濱地點平均海水面的高程定為0.000m，作為水準(zhǔn)基面。我國曾沿用過大沽、吳淞、珠江基面，現(xiàn)在統(tǒng)一規(guī)定的基面為青島黃?；?。 假定基面：這

13、是在水文測站附近沒有國家水準(zhǔn)點或一時還不具備接測條件的情況下暫時假定的一個水準(zhǔn)基面。 測站基面：某些水文測站專用的一種假定基面，一般選擇在河床最低點或歷年最低水位以下0.51.0m處的水平面作為零點來計算水位高度。 凍結(jié)基面：將測站第一次使用的基面凍結(jié)下來作為永久固定基面的一種基面，也屬水文測站專用的另一種假定基面。使用凍結(jié)基面可保持測站水位資料的歷史連續(xù)性。,,水位觀測,19,基面、水準(zhǔn)點、水尺零點和水位的關(guān)系圖,二、水位觀測設(shè)備 水位觀測的常用設(shè)備有水尺和自記水位計。 1、水尺：按水尺的構(gòu)造形式不同可分為直立式、傾斜式、矮樁式與懸錘式等。其中應(yīng)用最廣泛的是直立式水尺，如圖所示。觀測時記錄水

14、尺讀數(shù)，水位即為水尺讀數(shù)加上水尺零點高程。水尺零點高程是指水尺板上刻度起點的高程，可以預(yù)先測量出來。,直立式水尺分級設(shè)置示意圖,注意： 全河上下游或相鄰測站應(yīng)盡可能采用一致的固定基面。使用水位資料時一定要查清其基面?；?、水準(zhǔn)點、水尺零點和水位的關(guān)系如右圖所示。,20,2、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，有的還能將所觀測的數(shù)據(jù)以數(shù)字或圖像的形式遠(yuǎn)傳室內(nèi)，使水位觀測工作趨于自動化和遠(yuǎn)傳化。,三、水位的觀測 水位的觀測包括基本水尺和比降水尺的水位。 基本水尺的觀測是分段定時觀測。當(dāng)水位變化緩慢時（日變幅在 0.12m 以內(nèi)），每日 8 時和 20時

15、各觀測一次（稱 2 段制觀測，8 時是基本時）；枯水期日變幅在 0.06m以內(nèi)，用 1 段制觀測；日變幅在 0.120.24m 時，用 4 段制觀測；有峰谷出現(xiàn)時，還要加測 。 比降水尺觀測的目的是計算水面比降，分析河床糙率等。其觀測時間和次數(shù)，視需要而定 。,21,四、水位觀測數(shù)據(jù)整理 得到水位觀測數(shù)據(jù)后，需要計算日平均水位、月平均水位和年平均水位。計算日平均水位的方法有算術(shù)平均法和面積包圍法。 若一日內(nèi)水位變化緩慢，或雖然水位變化大，但系等時距人工觀測或從自記水位計上摘錄，采用算術(shù)平均值； 若一日內(nèi)水位變化較大、且系不等時距觀測或摘錄，則采用面積包圍法。 即將當(dāng)日024小時內(nèi)水位

16、過程線所包圍的面積， 除以一日時間求得，如右圖所示，其計算公式為： 根據(jù)逐日平均水位可算出月平均水位和年平均水位及保證率水位。,面積包圍法示意圖,22,一、概述 流量：單位時間內(nèi)流過江河某一橫斷面的水量，以 m3/s 計。 測量流量的方法很多，常用的方法為流速面積法，其中包括流速儀測流法、浮標(biāo)測流法、比降面積法等，這是我國目前使用的基本方法。此外還有水力學(xué)法、化學(xué)法、物理法、直接法等。 二、流速儀法測流 在過水?dāng)嗝嫔?，流速隨水平及垂直方向的位置不同而變化。從水平方向看，中間流速大，兩岸流速??；從水深方向看，河床流速最小。 流速儀法測流：就是將水道斷面劃分為若干部分，用普通測量方法測

17、算出各部分?jǐn)嗝娴拿娣e，用流速儀施測水流速度并計算各部分面積上的平均流速，兩者的乘積為各部分流量，部分流量的和為全斷面的流量。因此流速儀測流工作包括斷面測量和流速測量兩部分。它是目前國內(nèi)外廣泛使用的測流方法，也是最基本的測流方法。,,流量測驗,23,1、斷面測量 斷面測量工作包括水道斷面測量和大斷面測量兩種，如圖所示。水道斷面是指自由水面線與河床線之間的范圍，大斷面為歷年最高洪水位以上0.51.0m的水面線與岸線、河床線之間的范圍 。 (1)水道斷面測量 水道斷面的測量，是在斷面上布設(shè)一定數(shù)量的測深垂線，施測各條垂線的水深，同時測得每條測深垂線與岸上某一固定點（斷面的起點樁，一般設(shè)在左岸）

18、的水平距離（稱為起點距），并同時觀測水位，用施測時的水位減去水深，得到各測深垂線處的河底高程 。,過水?dāng)嗝媪魉俜植紙D (a)斷面等流速線 (b)垂線流速分布,斷面測量示意圖,24,水深測量 ：通常用測深桿、測深錘、鉛魚直接測出每根測深垂線的水深。當(dāng)水很深、流速很大時，可用超聲波回聲測深儀測量水深。 起點距的測定 斷面索法：是在斷面上架設(shè)鋼絲纜索，每隔適當(dāng)距離做上標(biāo)記，并事先測量好它們的位置，測量水深的同時，直接在斷面索上讀出起點距。這種方法適合于河寬較小、水上交通不多、有條件架設(shè)斷面索的河道測站，精度較高 。 交會法 (i) 經(jīng)緯儀岸上交會法：水文站在布設(shè)測流斷面時，同時布設(shè)基線(AC

19、)，并用精確方法量出基線的長度L，測角時，將經(jīng)緯儀安放在基線的終點C，測出角度，則起點距為 D = Ltan( )；,回聲測深儀測量示意圖,交會法示意圖,25,(ii) 六分儀船上交會法： 當(dāng)河道較寬時，岸上與船上聯(lián)絡(luò)困難， 風(fēng)浪較大時用經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)河中活動的目標(biāo)， 施測有些困難，此時可使用六分儀交會法， 它的主要優(yōu)點是測量時施測人員全部上船， 不用支架，只需手握儀器即可測出角，也 能在搖動的船上使用，因此水文勘測中經(jīng) 常使用。右圖為六分儀結(jié)構(gòu)示意圖。 (2)大斷面測量 大斷面測量是單獨進(jìn)行的，一般在汛前、汛后或較大洪水過后施測，包括水上及水下兩部分，水下部分同上述水道斷面的施

20、測方法，水上部分采用水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行。,六分儀結(jié)構(gòu)示意圖,26,2、流速儀測速 常用的有流速儀法和浮標(biāo)法。 (1) 流速儀 目前我國使用最多的是重慶水文儀器廠生產(chǎn)的LS68-2型旋杯式流速儀和LS25-1型旋槳流速儀 。 流速儀測速原理是利用水流沖動流速儀的旋杯或旋槳，同時帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，在裝有信號的電路上發(fā)出訊號，便可知道在一定時間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，流速愈大，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)得愈快，流速與轉(zhuǎn)速之間有一定的關(guān)系，這種關(guān)系是由廠家在儀器出廠之前，把流速儀放在特定的檢定水槽里，通過實驗方法來確定流速與轉(zhuǎn)速間的函數(shù)關(guān)系。關(guān)系式如下： 式中： K 水力螺距，表示流速儀的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，水質(zhì)點的行程長度；N 流

21、速儀在測速歷時內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)，一般是根據(jù)信號數(shù)，再乘上每一信號代表的轉(zhuǎn)數(shù)求得；T測速歷時，為了消除水流脈動的影響，測速歷時一般不超過100S；C附加常數(shù)，表示儀器在高速部分內(nèi)部各運動件之間的摩阻，稱儀器的摩阻常數(shù)；系數(shù)C、K是通過水槽實驗事先率定的。,旋槳式流速儀,旋杯式流速儀,27,(2) 流速測量 流速儀只能測得某點的流速，為了求得斷面平均流速，首先在斷面上布設(shè)一些測速垂線（一般在測深垂線中選擇若干條同時兼作測速垂線），在每一條測速垂線上布設(shè)一定數(shù)目的測速點進(jìn)行測速，最后根據(jù)測點流速的平均值求得測線平均流速，再由測線平均流速求得部分面積平均流速，進(jìn)而推得斷面流量。 測速垂線數(shù)目，根據(jù)河寬

22、、水深來確定。測速垂線上的測點數(shù)，根據(jù)垂線的水深，流速儀的懸吊方式和測量精度的要求來確定。具體規(guī)定見表1和表2。,部分面積 ai、部分流速 Vi，及部分流量 qi 計算示意圖,表1 我國精測法、常測法最少測速垂線數(shù)目的規(guī)定,28,表2 流速測點的位置,注：h為該測速垂線的有效水深。,29,(3) 流量計算 流速儀測流時有專用的記錄和計算表格，通常在測流時隨即計算流量，計算過程包括(1)垂線平均流速計算；(2)部分面積上的平均流速計算；(3)部分流量計算；(4)全斷面流量。 垂線平均流速的計算 一點法： 二點法： 三點法： 五點法： 六點法： 各式中 為垂線平均流速， 、

23、 、、 為各相對水深處的測點流速。,30,三、 浮標(biāo)法測流 在洪水較大或水面漂浮物較多，特別是在使用流速儀測流有困難的情況下，浮標(biāo)法測流是一種切實可行的辦法。浮標(biāo)測流的主要工作是觀測浮標(biāo)漂移速度，測量水道橫斷面，以此來推估斷面流量。 凡能漂浮在水面上的物體都可以制成浮標(biāo)。用水面浮標(biāo)法測流時，測得的是浮標(biāo)在水面的漂移速度，這種流速稱浮標(biāo)虛流速，它不能代表斷面平均流速，將它與過水?dāng)嗝嫦嗯浜?，計算出斷面虛流量，然后乘上浮?biāo)系數(shù) 才能得到斷面實際的流量，即與浮標(biāo)類型、風(fēng)力風(fēng)向等因素有關(guān)。 值的確定有實驗比測法、經(jīng)驗公式法和水位流量關(guān)系曲線法 。,浮標(biāo)測流示意圖,31,在踏勘河流時，為了估算

24、河流流量，有時采用臨時浮標(biāo)簡測法。就地選一簡易的浮標(biāo)，用步測距離，然后測量浮標(biāo)走完該距離所需要的時間，計算出流速。水淺時，可涉水測量過水?dāng)嗝?，水深可行船時，也可乘船測量斷面，此時浮標(biāo)系數(shù)可粗略地取，然后估算流量。,32,四、其它測流方法 1、水力學(xué)法 該法是通過實測或調(diào)查河段水面比降和水遭斷面面積用水力學(xué)公式來推算流量。在歷史洪水調(diào)查中、在困難條件下及高水位洪水測流時，根據(jù)實測河段水面比降和橫斷面資料，利用曼寧公式或謝才公式近似估算流量。 2、建筑物測流法 該法是利用標(biāo)準(zhǔn)型的測流建筑物（如堰、槽）、河渠中已建成的水工建筑物（如閘、水電站）或人工控制斷面來測定流量它是根據(jù)測得的水

25、位資料及水工建筑物過水?dāng)嗝尜Y料，由相應(yīng)水力學(xué)公式計算流量。 3、溶液法 又稱稀釋法。它是在測驗河段上游注入一定濃度的化學(xué)指示劑，經(jīng)水流充分混合均勻后，在下游測驗斷面取出河水水樣(或直接在河中)測定經(jīng)河水稀釋后該指示劑的濃度或稀釋比率，利用其稀釋程度與水流流量成正比的關(guān)系推求流量。,33,內(nèi)容提要： 1、洪水調(diào)查的方法和洪峰流量的推算； 2、暴雨調(diào)查的方法； 3、枯水調(diào)查的方法。,水文站網(wǎng)的定位觀測工作，是觀察水文現(xiàn)象、提供水文資料的主要途徑。但由于定位觀測有時間和空間局限性，往往不能滿足要求。因此必須通過水文調(diào)查來補充定位觀測的不足，使水文資料更加系統(tǒng)完整，更好地滿足水資源開發(fā)利用、水

26、利水電建設(shè)及其它國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。 水文調(diào)查包括洪、枯水及暴雨調(diào)查。歷史洪水調(diào)查和考證工作，指認(rèn)歷史上出現(xiàn)過的洪水痕跡、洪水發(fā)生時間，洪水漲落過程及來源等，測量河段的縱橫斷面、洪痕高程，繪出水面線，推算歷史洪水，推求洪峰流量。歷史枯水調(diào)查，一般調(diào)查不雨天數(shù)，河水干涸斷流及水深情況等，分析估算當(dāng)時的最小流量、最低水位及發(fā)生時間。,,水文調(diào)查與水文遙感,34,一、洪水調(diào)查 洪水調(diào)查工作，包括調(diào)查洪水痕跡、洪水發(fā)生的時間、災(zāi)情測量、洪水痕跡的高程、了解調(diào)查河段的河槽情況；了解流域自然地理情況；測量調(diào)查河段的縱橫斷面；必要時應(yīng)在調(diào)查河段進(jìn)行簡易地形測量；對調(diào)查成果進(jìn)行分析，推算洪水總量、洪峰流量

27、、洪水過程及重現(xiàn)期，最后寫出調(diào)查報告。 洪水痕跡高程確定以后，可推算出相應(yīng)于此洪水位的洪峰流量。 常用的方法有： (1)水位流量關(guān)系法 如果調(diào)查河段附近有水文站，則可利用水文站的水位流量關(guān)系曲線加以延長，以求得洪峰流量。 (2)比降法 當(dāng)能夠確定調(diào)查河段的水面比降或者在沒有水文站的河段上，可采用曼寧公式計算： 式中：河段平均斷面面積 A 和水力半徑 R 可根據(jù)大斷面資料求得；糙率n根據(jù)河段上河床的情況參考糙率表確定，也可根據(jù)附近河槽情況相似的水文站的糙率資料類比確定；S為洪水水面比降。,35,(3)用水面曲線推算 當(dāng)河段較長洪跡較少，各河段河底坡降及斷面變化、洪水水面曲線

28、比較曲折時，可用水面曲線法來推求洪峰流量，即假定一流量Q，由所估定的各河段河道糙率n，自下游一已知的洪水水面點起，向上游逐段推算水面線，然后檢查該水面線與各洪跡的符合程度。如大部分符合，表明所假定流量正確；否則，重新修訂Q值，再推算水面線直至大部分洪跡符合為止。 二、暴雨調(diào)查 以降雨為洪水成因的地區(qū)，洪水的大小與暴雨大小密切相關(guān)，暴雨調(diào)查資料對洪水調(diào)查成果起旁證作用。洪水過程線的繪制、洪水的地區(qū)組成，也需要組合面上的暴雨資料進(jìn)行分析。 暴雨調(diào)查的主要內(nèi)容有暴雨成因、暴雨量、暴雨起迄時間、暴雨變化過程及前期雨量情況、暴雨走向及當(dāng)時主要風(fēng)向風(fēng)力變化等。 對歷史暴雨的調(diào)查，一般通過群眾對

29、當(dāng)時雨勢的回憶或與近期發(fā)生的某次大暴雨對比，得出定性的概念；也可以通過群眾對當(dāng)時地面坑塘積水、露天水缸或其他器皿承接雨量作定量估計，并對一些雨量紀(jì)錄進(jìn)行復(fù)核，對降雨的時、空分布作出估計。,36,三、枯水調(diào)查 歷史枯水的調(diào)查工作必須在水位極枯或較枯的時候才能進(jìn)行，不像對洪水的調(diào)查那樣，隨時都可以進(jìn)行。河流沿岸的古代遺址、古代墓葬、古代建筑物、記載水情的碑刻題記等考古實物以及文獻(xiàn)資料，都是進(jìn)行歷史水文調(diào)查的重要資料。調(diào)查方法與洪水調(diào)查方法基本相似，一般比歷史洪水調(diào)查更為困難。 下圖為四川涪陵縣北長江江心的白鶴梁，是古代長江中游枯水位的石刻標(biāo)志。該梁由西向東長1600m以上，與長江流向平行，南北

30、寬1015m，常年淹沒在水下，只在某些年份冬春水位最低時，才露出江心。在梁的傾斜面上是魚形圖案與文字題記縱橫交錯的石刻群。已發(fā)現(xiàn)的魚圖中有三條是康熙二十四年（1685）刻的,清代雙魚，以及根據(jù)宋代題記上溯唐廣德二年（764）以前所刻魚圖，具有相當(dāng)于現(xiàn)代水尺的作用，是歷代記錄不同年代不同枯水位的固定標(biāo)志。在已發(fā)現(xiàn)的宋元明清約160余條題記中，除記年月外，往往記有雙魚已見，水至此魚下五尺，水去魚下七尺等字樣，留下一批長達(dá)千年以上可供分析研究的枯水位寶貴記錄。,長江江心的白鶴梁石魚碑刻,37,四、水文遙感 自從地球資源衛(wèi)星發(fā)射二十多年以來（如NOAA ：美國國家海洋和大氣管理局)在1981年7月發(fā)

31、射的AVHRR系列衛(wèi)星，以1km的解像度對地球進(jìn)行各種觀測，直到2000年9月；之后被MODIS系列衛(wèi)星所代替，解像度為500m），衛(wèi)星遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，尤其在水文水資源調(diào)查中的應(yīng)用更為顯著，如： （1）流域調(diào)查：根據(jù)衛(wèi)星圖片，可以準(zhǔn)確查清流域范圍、流域面積、流域覆蓋類型、河長、河網(wǎng)密度、河流彎曲度等； （2）水資源調(diào)查：使用不同波段、不同類型的遙感資料，可以很容易地判讀各類地表水，如河流、湖泊、水庫、沼澤、冰川、凍土和積雪的分布；還可以分析飽和土壤面積、含水層分布以估算地下儲水量； （3）水質(zhì)監(jiān)測：包括分析識別熱水污染、油污染、工業(yè)廢水及生活污水污染、農(nóng)藥化肥污

32、染以及懸移質(zhì)泥沙、藻類繁殖等情況； （4）洪澇災(zāi)害的監(jiān)測：包括洪水淹沒范圍的確定，決口、滯洪、積澇的情況，泥石流及滑坡的情況； （5）河口、湖泊、水庫的泥沙淤積及河床演變，古河道的變遷等； （6）降水量的測定及水情預(yù)報：通過氣象衛(wèi)星可獲取高溫和濕度，間接推求降水量，或根據(jù)衛(wèi)星圖片的灰度定量估算降水量；根據(jù)衛(wèi)星云圖與天氣圖配合預(yù)報洪水及旱情監(jiān)測。,38,一、流量資料整編 1、水位流量關(guān)系曲線的確定 一個水文測站的水位流量關(guān)系，是指測站基本水尺斷面處某時刻的水位與同時刻通過該斷面的流量之間的關(guān)系。水位流量關(guān)系可分為穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的兩類，它的性質(zhì)可以通過水位流量關(guān)系曲線分析得出。

33、(1) 穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線 穩(wěn)定的水位流量關(guān)系，是指一個水位對應(yīng)的流量變化不大，它們之間呈現(xiàn)單一關(guān)系。穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線繪制步驟如下： （i）將各次測流時實測水位、流量成果加以審查，列出實測流量成果表，如：,水文資料處理,某河某站2006年實測流量成果表（摘錄）,39,穩(wěn)定情況下 ZQ 曲線,,（ii）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，同時繪制 ZA、ZV、ZQ 關(guān)系曲線：以水位為縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)用三種比例尺，分別代表 Q（流量）、A（面積）、V（流速）。如果采用不同方法測流，則點用不同符號表示。如果水位流量關(guān)系點密集，分布成一帶狀，就可以通過點群中間，目估一條單一的水位流量關(guān)系曲線，如下圖所示； （i

34、ii）ZQ曲線定出后，應(yīng)與ZA、ZV 曲線對照檢查，使各種水位情況下，Q=AV。定出水位流量關(guān)系曲線后，就可將水位資料轉(zhuǎn)換為流量資料，并進(jìn)行各種統(tǒng)計整理工作。,40,（2）不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系 在天然河道里，由于河床沖淤，洪水漲落、變動回水、結(jié)冰等影響使水位流量關(guān)系難以保持單一關(guān)系。同一水位不同時期通過斷面的流量不是定值，點繪出的水位流量關(guān)系曲線，其點據(jù)分布比較散亂，這種情況稱為不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系?？梢哉f，天然河道的水位流量關(guān)系一般是不穩(wěn)定的。 不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的處理方法很多，經(jīng)常使用的有以下兩種： （i）臨時曲線法：若水位流量關(guān)系受不經(jīng)常的沖淤影響或比較穩(wěn)定的結(jié)冰影響，在一定

35、時期內(nèi)關(guān)系點子密集成一帶狀，能符合定單一線的要求時，可以分期定出 ZQ 曲線，稱為臨時曲線法。 （ii）連時序法：當(dāng)測流次數(shù)較多，能控制水位流量關(guān)系變化的轉(zhuǎn)折點時，一般多用連時序法。連時序法繪制過程如下：（a）根據(jù)實測資料繪出水位過程線 Z = f(t)，并在過程線上按順序注上測次號碼；（b）根據(jù)實測流量和相應(yīng)水位，點繪 ZQ 相關(guān)點，并在點旁依次注明測次號碼及實測日期；（c）參照水位過程線的起伏變化，目估依測次號碼連成圓滑曲線，即為水位流量關(guān)系曲線。這種情況的 ZQ 曲線一般為繩套形，使用時按水位發(fā)生時間在 ZQ 曲線的相應(yīng)位置查讀流量。,41,臨時曲線法 ZQ 曲線 （1：1月1日1月7

36、日；2：1月7日2月15日；3：2月15日3月9日）,連時序法繪制 ZQ 曲線,42,（3）不同影響因素下水位流量關(guān)系 （i）受洪水漲落影響 洪水波在河槽中傳播時，屬于不穩(wěn)定流，產(chǎn)生了附加比降。當(dāng)漲水時，水面比降較穩(wěn)定時的水面比降大，同一水位的流量也就增大，退水時，流量則減小，致使一次洪水過程的水位流量關(guān)系曲線依時序形成一逆時針方向的繩套曲線，如右圖所示。此時可按漲落過程定線，然后由水位推求流量。 （ii）受河槽沖淤影響 當(dāng)河床受沖時，斷面面積增加，同一水位的流量變大，當(dāng)河床受淤時，斷面面積減少，同一水位的流量變小。若沖淤時段有規(guī)律，水位流量關(guān)系能保持穩(wěn)定狀態(tài)，則可分別確定不同時段

37、的水位流量關(guān)系曲線，如右圖所示。,受洪水漲落影響的 ZQ 曲線,受沖淤影響的 ZQ 曲線,43,,受變動回水影響的 ZQ 曲線,（iv）受綜合因素影響 當(dāng)水位流量關(guān)系受多種因素混合影響并連續(xù)變化時，一般采用“連時序法”確定水位流量關(guān)系曲線。連時序法是按實測流量點子的時間順序來連接水位流量關(guān)系曲線。本法要求測流次數(shù)較多，能反映水位流量關(guān)系變化的轉(zhuǎn)折點，依照測點的時序，就可從曲線上推出各個時期的流量。在按時序連線時，水位流量關(guān)系曲線往往成繩套形，應(yīng)參考用時序法繪出的水位面積關(guān)系曲線的變化過程及水位過程線的起伏趨勢連線。這樣有助于發(fā)現(xiàn)繩套的頂部和底部，便于繪好水位流量關(guān)系曲線 。,（iii）受變

38、動回水影響 由于測流斷面下游的干支流漲水、下游閘關(guān)閉及結(jié)冰等影響，引起回水頂托，致使水面比降產(chǎn)生變化，回水頂托愈嚴(yán)重，水面比降愈小，同水位的流量較穩(wěn)定流時減少愈多。所以受回水頂托影響的水位流量關(guān)系點據(jù)偏向穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線的左邊，如右圖所示。在這種情況下，可以以比降為參數(shù)確定出一組水位流量關(guān)系曲線備用。,44,2、水位流量關(guān)系曲線的延長 測流時，本應(yīng)在整個水位變幅內(nèi)布置測次，但由于高水時歷時短、流速大，枯水時水淺、流速小，往往難以測得最大洪峰流量和最小枯水流量，這時，必須將水位流量關(guān)系曲線進(jìn)行高、低水延長，方能推得全年完整的流量過程。 高、低水延長成果，涉及到流量的最大、最小值，

39、如延長不當(dāng)影響規(guī)劃設(shè)計工作。所以，對高水及低水的延長均須慎重。一般要求高水外廷部分不超過當(dāng)年實測流量所對應(yīng)水位變幅的30，低水外延部分不超過10。,,（1）水位面積與水位流速關(guān)系高水延長 河床比較穩(wěn)定的測站，水位面積、水位流速關(guān)系曲線穩(wěn)定、趨向明顯，故可根據(jù)水位面積、水位流速曲線來延長水位流量關(guān)系曲線。其具體程序是，先根據(jù)實測斷面資料繪制所需延長部分的水位面積關(guān)系曲線，然后再將水位流速曲線按照其上端的趨勢外延，最后根據(jù)延長部分的各 級水位的流速與相應(yīng)的面積乘積來延長 水位流量關(guān)系曲線，如圖所示。顯然， 應(yīng)用此法時，在所外延的水位幅度以內(nèi) 河槽斷面不應(yīng)有突然的變化，如漫灘等 情況，因為在這些

40、情況下，按趨勢延長 水位流速線是不合理的。,水位面積與關(guān)系延長水位流速,45,（2）用水力學(xué)公式高水延長 （i）曼寧公式外延 曼寧公式 式中： 斷面平均流速（m3/s）； 曼寧糙率系數(shù)（s/m1/3）； 水力半徑（m）； 為水面比降。,延長步驟： (a) 計算平均流速 有三個參數(shù)(n、R、S)，其中水力半徑R可用大斷面資料求得，水面比降S和糙率n 則根據(jù)以下三種情況來確定：S和n均有資料； 兩者缺一，通過點繪Z-n（或Z-S）關(guān)系曲線并延長之； 兩者全缺時，則將 看成一個未知量，因 ，依據(jù)實測資料的流量、面積、水力半徑計算出 ，

41、點繪 Z 曲線，因高水部分 接近于常數(shù)，可按趨勢延長，見右圖。 (b)用實測大斷面資料延長水位面積關(guān)系曲線。,曼寧公式法延長高水ZQ關(guān)系曲線,46,式中： ，高水時其值接近常數(shù)。故高水時 呈線性關(guān)系，據(jù)此外延。 延長步驟：由大斷面資料計算 ，點繪 ，點繪 ，根據(jù)對應(yīng)的（Z，Q）的點據(jù)，便可實現(xiàn)水位與流量關(guān)系曲線的高水延長，如上圖所示。,（ii）史帝文斯（Stenens）法外延 謝才公式 式中： 為謝才系數(shù)（m1/2/s）。 對斷面無明顯沖淤、水深不大但水面較寬的河槽，可以用斷面平均水深 來代替 ，則上式可以改寫為：,斯蒂文斯法外延 ZQ 關(guān)

42、系曲線,47,,（3）水位流量關(guān)系曲線的低水延長法 低水延長一般可用水位面積、水位流速關(guān)系曲線法，也可以用斷流水位控制作低水延長。 斷流水位即流量等于零的水位。確定斷流水位的方法，可以根據(jù)測站縱橫斷面資料做出判斷。如測站下游有淺灘或石梁，則以其頂部高程作為斷流水位。如測站下游很長距離內(nèi)河底平坦，則取基本水尺斷面河底最低點高程作為斷流水位。這樣求得的斷流水位是比較可靠的。 在沒有條件采用前法確定斷流水位時，如斷面形狀整齊，在低水延長部分的水位變幅內(nèi)河寬無顯著變化，則可采用分析法確定斷流水位。例如，假定低水部分的水位流量關(guān)系曲線可用下列方程來表示： 式中：Z0 斷流水位；n、K 固

43、定的指數(shù)和系數(shù)。 在水位流量曲線的中、低水彎曲部分，依次選取a、b、c三點，它們的水位和流量分別為Za、Zb、Zc及Qa、Qb、Qc。若Qb2 = QaQc，代入上式，求得斷流水位為： 求得斷流水位Z0后，以坐標(biāo)（Z0, 0）為控制點，將關(guān)系曲線向下延長至當(dāng)年最低水位即可。,48,3、水位流量關(guān)系曲線的移用 規(guī)劃設(shè)計工作中，常需要某些設(shè)計斷面（如壩下游斷面、水電站出口斷面等）的水位流量關(guān)系曲線，用以確定各種流量條件下的壩下游水位及電站尾水位。 通常在這些斷面缺乏實測資料，這時就需要將鄰近水文站的水位流量關(guān)系移用到這些設(shè)計斷面。但是，只有當(dāng)這些設(shè)計斷面與水文站之間距離不遠(yuǎn)，兩

44、者間的區(qū)間流域面積不大，河段內(nèi)無明顯的入流與出流，水位流量關(guān)系曲線的移用才比較容易進(jìn)行；此時，可通過在設(shè)計斷面設(shè)立臨時水尺，與水文站同時觀測水位，建立設(shè)計斷面與水文站基本水尺斷面之間的同時水位的關(guān)系線來進(jìn)行轉(zhuǎn)移。因為在中、低水時，河中流量隨時間變化不大，兩斷面相距不遠(yuǎn)，故同一時刻的流量大致相等。將設(shè)計斷面觀測到的水位，與同時觀測的水文站水位在其水位流量關(guān)系曲線查得的流量，點繪曲線，即可得出設(shè)計斷面中、低水的水位流量關(guān)系曲線。如需高水部分的水位流量關(guān)系，則可用前面介紹的方法進(jìn)行延長。 當(dāng)設(shè)計斷面與水文站相距較遠(yuǎn)時，不能用同時水位來移用水位流量關(guān)系。此時可以考慮按相應(yīng)水位，即在水位變化過程中位

45、相相同的水位來移用。但是，由于兩斷面相距較遠(yuǎn)，無區(qū)間入流的條件較難滿足，在確定相應(yīng)流量時有一定困難，應(yīng)當(dāng)注意。,49,若設(shè)計斷面的水位觀測資料不足，或等不及設(shè)立臨時水尺進(jìn)行觀測后再推求其水位流量關(guān)系，則可用計算水面曲線的方法來移用水位流量關(guān)系。在水文站基本水尺斷面與設(shè)計斷面之間，選擇若干個計算斷面，選定若干個流量。分別從水文站基本水尺斷面起，計算水面曲線，從而求出與各個計算流量相對應(yīng)的設(shè)計斷面水位。 如果設(shè)計斷面與水文站之間有水流流入或流出則不能用轉(zhuǎn)移水位流量關(guān)系的辦法來推求設(shè)計斷面的水位流量關(guān)系，此時，主要依靠水力學(xué)的方法來推算設(shè)計斷面的水位流量關(guān) 。 4、流量資料整編 定出水位

46、流量關(guān)系以后，就可把水位觀測資料轉(zhuǎn)換為連續(xù)的流量資料。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)行各種統(tǒng)計整理工作，首先應(yīng)推求逐日的平均流量。 (1) 逐日平均流量的推求 當(dāng)流量變化平穩(wěn)時，根據(jù)水位觀測資料，經(jīng)整理計算求得逐日平均水位。然后根據(jù)逐日平均水位資料，在 ZQ 曲線上查得逐日平均流量，并列成表格形式，即得逐日平均流量表。 當(dāng)一日內(nèi)流量變化較大時，則用逐時水位從水位流量關(guān)系線上查得逐時的流量，再按算術(shù)平均法或面積包圍法求得日平均流量。 根據(jù)日平均流量計算逐月平均流量和年平均流量。 (2) 洪水水文要素摘錄表 在進(jìn)行水文分析計算時，應(yīng)了解全年各次主要洪水的流量過程。,50,,二、水文數(shù)據(jù)處理成果

47、的刊布 水文資料的來源，主要是由國家水文站網(wǎng)按全國統(tǒng)一規(guī)定對觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的資料，即由主管單位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次的水文年鑒。1986年起陸續(xù)實行計算機存儲、檢索。 水文年鑒僅刊布各水文測站的基本資料。水文站網(wǎng)歷年測驗的成果，分流域水系，按統(tǒng)一的要求和格式進(jìn)行整編。年鑒中載有：測站分布圖，水文站說明表及位置圖，各站的水位、流量、泥沙、水溫、冰凌、水化學(xué)、地下水、降水量、蒸發(fā) 量等資料。 水文手冊：各地區(qū)水文部門在分析研究和綜合歷年地區(qū)性水文資料的基礎(chǔ)上，編制的各種水文特征統(tǒng)計表、等值線圖、計算水文特征值的經(jīng)驗公式、經(jīng)驗系數(shù)、計算方法及關(guān)系曲線。有的將其中的圖編成圖集，供地區(qū)工作參考使用。,51,Thank you!,