水文測(cè)驗(yàn)及水文資料收集

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1、 3.1 概 述 3.2 水 位 觀 測(cè) 及 計(jì) 算 3.3 流 量 觀 測(cè) 及 計(jì) 算 3.4 流 量 資 料 整 編 3.5 河 流 泥 沙 的 測(cè) 算 3.6 水 文 調(diào) 查 3.7 水 文 測(cè) 驗(yàn) 資 料 的 收 集 3.1 概 述 水 文 測(cè) 驗(yàn) 學(xué) 是 研 究 水 資 源 中 各 種 水 文 要素 的 測(cè) 量 、 計(jì) 算 與 資 料 整 編 的 原 理 和 方 法 的一 門(mén) 科 學(xué) ， 即 研 究 水 文 資 料 信 息 的 搜 集 、 處理 、 存 貯 和 檢 索 的 一 門(mén) 科 學(xué) 。 水 文 測(cè) 驗(yàn) 的 根 本 任 務(wù) 是 根 據(jù) 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 發(fā)展 的 需 要 ， 進(jìn) 行

2、 水 文 站 網(wǎng) 的 規(guī) 劃 ， 布 設(shè) 水 文站 ； 采 用 定 位 觀 測(cè) 、 巡 回 測(cè) 驗(yàn) 、 水 文 調(diào) 查 等方 法 測(cè) 定 各 種 水 文 要 素 ， 包 括 水 位 、 流 量 、水 溫 、 降 水 、 蒸 發(fā) 、 泥 沙 的 觀 測(cè) 以 及 泥 沙 顆粒 分 析 ， 水 質(zhì) 監(jiān) 測(cè) 和 分 析 ； 經(jīng) 分 析 整 編 ， 刊印 成 為 系 統(tǒng) 的 水 文 資 料 ， 如 水 文 年 鑒 等 。 因此 ， 水 文 測(cè) 驗(yàn) 工 作 也 可 稱(chēng) 水 文 資 料 搜 集 系 統(tǒng) 。 根 據(jù) 水 文 測(cè) 驗(yàn) 資 料 ， 可 以 掌 握 各 地 各 種水 文 要 素 的 變 化 規(guī) 律

3、， 為 水 資 源 的 研 究 評(píng) 價(jià)和 開(kāi) 發(fā) 利 用 、 防 汛 抗 旱 、 水 資 源 保 護(hù) 提 供 情報(bào) ， 為 水 利 工 程 的 規(guī) 劃 設(shè) 計(jì) 和 管 理 運(yùn) 用 提 供資 料 ， 為 國(guó) 防 建 設(shè) 以 及 其 他 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì) 建 設(shè) 服務(wù) 。 水 文 站 是 進(jìn) 行 水 文 測(cè) 驗(yàn) 的 觀 測(cè) 站 ， 它 是按 國(guó) 家 水 文 測(cè) 驗(yàn) 規(guī) 范 的 統(tǒng) 一 標(biāo) 準(zhǔn) 對(duì) 指 定 地 點(diǎn)的 水 文 要 素 如 水 位 流 量 泥 沙 降 水 蒸 發(fā) 水 溫 冰凌 水 化 學(xué) 地 下 水 等 項(xiàng) 目 做 系 統(tǒng) 觀 測(cè) 并 對(duì) 資 料進(jìn) 行 整 理 。 3.2 水 位 觀 測(cè)

4、及 計(jì) 算 觀 測(cè) 常 設(shè) 備 有 水 尺 和 自 記 水 位 計(jì) 兩 大 類(lèi) 。 采 用 水 尺 觀 測(cè) 時(shí) ， 水 面 在 水 尺 上 的 讀 數(shù)加 舊 永 尺 零 點(diǎn) 高 程 即 為 水 面 水 位 。 自 記 水 位 計(jì) 可 將 水 位 變 化 的 過(guò) 程 自 動(dòng) 記錄 下 來(lái) 。 一 、 水 尺 觀 測(cè) 時(shí) 記 錄 水 尺 讀 數(shù) ， 水 位 按 下 式 計(jì) 算 ： 水 位 = 水 尺 零 點(diǎn) 高 程 + 水 尺 讀 數(shù) 式 中 ， 水 尺 零 點(diǎn) 高 程 是 指 水 尺 板 上 刻 度 起 點(diǎn) 的高 程 ， 可 以 預(yù) 先 測(cè) 量 出 來(lái) 。 二 、 自 記 水 位 計(jì) 自 記 水

5、 位 計(jì) 能 將 水 位 變 化 的 連 續(xù) 過(guò) 程 自 動(dòng) 記 錄下 來(lái) ， 不 遺 漏 任 何 突 然 的 變 化 和 轉(zhuǎn) 折 ， 有 的 還 能將 所 觀 測(cè) 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(cè) 工 作 趨 于 自 動(dòng) 化 和 遠(yuǎn) 傳 化 。 3.3 流 量 觀 測(cè) 與 計(jì) 算 流 速 儀 定 點(diǎn) 測(cè) 速 由 于 河 流 斷 面 上 的 流 速 是 不均 勻 的 ， 需 分 塊 計(jì) 算 平 均 流 速 和 流 量 ， 首 先 用 從水 面 至 河 底 的 數(shù) 條 垂 線 將 測(cè) 流 斷 面 劃 分 成 數(shù) 塊 部分 面 積 A1， A2

6、A ， 然 后 測(cè) 出 每 塊 小 面 積上 的 平 均 流 速 ， ， 。 根 據(jù) 下 式 計(jì) 算流 量 ： n1i iiAvQ 1 部 分 面 積 測(cè) 量 部 分 面 積 的 垂 線 也 稱(chēng) 測(cè) 深 垂 線 ， 測(cè) 量 各垂 線 上 的 水 深 一 般 采 用 測(cè) 深 錘 深 深 桿 ， 水 深很 深 時(shí) 亦 可 采 用 超 聲 波 儀 器 測(cè) 深 。 由 此 可 得各 垂 線 水 深 H ， H Hn。 部 分 面 積 計(jì) 算采 用 梯 形 法 ： 式 中 ， b 為 第 塊 部 分 面 積 水 面 寬 度 ， 而 H Hn 0。2.部 分 面 積 平 均 流 速 測(cè) 驗(yàn) 測(cè) 深 垂 線

7、 一 般 也 是 測(cè) 速 垂 線 。 常 用 一 點(diǎn)法 ， 二 點(diǎn) 法 ， 三 點(diǎn) 法 和 五 點(diǎn) 法 四 種 。 n,2,1i bHH21A ii1ii V (m/s)H (m) 測(cè) 速 垂 線 流 速 分 布 圖 各 部 分 面 積 平 均 流 速 計(jì) 算 如 下 ：中 間 部 分兩 岸 水 邊 式 中 ， 稱(chēng) 岸 邊 系 數(shù) ， 斜 坡 岸 邊 0.67 0.75；陡 岸 0.8 0.9;死 水 邊 0.5 0.37。 在 洪 水 期 水 位 較 高 無(wú) 法 采 用 流 速 儀 測(cè) 流 ， 或洪 水 調(diào) 查 時(shí) ， 常 采 用 浮 標(biāo) 測(cè) 速 方 法 。 現(xiàn) 在 ， 一 些 測(cè) 站 應(yīng)

8、用 超 聲 波 測(cè) 速 方 式 ， 觀 測(cè)斷 面 流 速 和 流 量 。 當(dāng) 水 文 資 料 缺 乏 和 不 充 分 時(shí) ， 需 進(jìn) 行 洪 水 調(diào)查 。 j1jj VV21V 11 VV 1-nVVn 3.4 流 量 資 料 整 編 觀 測(cè) 以 及 分 析 計(jì) 算 出 的 水 文 資 料 可 以 整 編 成 日 、月 、 年 平 均 水 位 和 平 均 流 量 ， 汛 期 水 位 和 流 量 過(guò) 程 ，刊 登 于 水 文 年 鑒 或 水 文 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 。 穩(wěn) 定 的 水 位 流 量 關(guān) 系 ： 流 量 測(cè) 驗(yàn) 比 較 困 難 ， 而觀 測(cè) 水 位 很 容 易 ， 如 果 水 位 流 量 之

9、 間 的 關(guān) 系 較 好 ，則 可 以 借 助 水 位 推 求 流 量 。 在 河 床 穩(wěn) 定 ， 控 制 良 好 的 情 況 下 ， 水 位 流 量 關(guān)系 比 較 穩(wěn) 定 。 在 方 格 紙 上 ， 以 縱 坐 標(biāo) 代 表 水 位 ， 橫坐 標(biāo) 代 表 流 量 ， 將 實(shí) 測(cè) 水 位 和 流 量 的 數(shù) 據(jù) 點(diǎn) 繪 上 去 。若 點(diǎn) 子 分 布 成 一 帶 狀 ， 且 有 以 上 的 中 高 水 流速 儀 測(cè) 點(diǎn) 與 平 均 關(guān) 系 曲 線 的 偏 離 不 超 過(guò) ， 則可 以 定 為 單 一 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 。 3.5 河 流 泥 沙 的 測(cè) 算 河 流 中 的 泥 沙 ,

10、按 其 運(yùn) 動(dòng) 形 式 可 分 三 類(lèi) ：懸 移 質(zhì) 泥 沙 浮 于 水 中 并 隨 之 運(yùn) 動(dòng) ； 推 移 質(zhì)泥 沙 受 水 流 沖 擊 沿 河 底 移 動(dòng) 或 滾 動(dòng) ； 河 床質(zhì) 泥 沙 則 相 對(duì) 靜 止 而 停 留 在 河 床 上 。 三 者沒(méi) 有 嚴(yán) 格 的 界 線 ， 隨 水 流 條 件 的 變 化 而 相互 轉(zhuǎn) 化 。 一 般 情 況 ， 河 流 中 泥 沙 以 懸 移 質(zhì)為 主 。 一 、 懸 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 與 計(jì) 算 描 述 河 流 中 懸 移 質(zhì) 的 情 況 ， 常 用 的 兩個(gè) 定 量 指 標(biāo) 是 含 沙 量 和 輸 沙 率 。 單 位 體 積內(nèi) 所 含 干

11、沙 的 質(zhì) 量 ， 稱(chēng) 為 含 沙 量 ， 用 Cs表示 ， 單 位 為 kg/m3。 單 位 時(shí) 間 流 過(guò) 河 流 某 斷面 的 干 沙 質(zhì) 量 ， 稱(chēng) 為 輸 沙 率 ， 以 Qs表 示 ，單 位 為 kg/s。 斷 面 輸 沙 率 是 通 過(guò) 斷 面 上 含沙 量 測(cè) 驗(yàn) 配 合 斷 面 流 量 測(cè) 量 來(lái) 推 求 的 。 （ 一 ） 含 沙 量 的 測(cè) 驗(yàn) 式 中 Cs - 水 樣 含 沙 量 ， g/L 或 kg/m3； Ws - 水 樣 中 的 干 沙 重 量 ， g 或 kg； V - 水 樣 體 積 ， L或 m3； VWC ss （ 二 ） 輸 沙 率 測(cè) 驗(yàn)輸 沙 率 測(cè)

12、 驗(yàn) 是 由 含 沙 量 測(cè) 定 與 流 量 測(cè) 驗(yàn) 兩 部 分 工 作 組成 的 。 暢 流 期 的 垂 線 平 均 含 沙 量 的 計(jì) 算 式 為 ：三 點(diǎn) 法 ：式 中 Csm - 垂 線 平 均 含 沙 量 ， kg/m3； Csj - 測(cè) 點(diǎn) 含 沙 量 ， 腳 標(biāo) j為 該 點(diǎn) 的 相 對(duì) 水 深 ，kg/m3； Vj - 測(cè) 點(diǎn) 流 速 ， m/s， 腳 標(biāo) j的 含 意 同 上 ； Vm - 垂 線 平 均 流 速 ， m/s； a、 b - 一 點(diǎn) 法 的 系 數(shù) ， 由 多 點(diǎn) 法 的 資 料 分 析確 定 ， 無(wú) 資 料 時(shí) 可 用 1.0。 )VCVCVC(3V1C 8

13、.08.s06.06.s02.02.s0 msm - 斷 面 輸 沙 率 計(jì) 算 根 據(jù) 各 條 垂 線 的 平 均 含 沙 量 Csmj， 配 合 測(cè) 流計(jì) 算 的 部 分 流 量 ， 即 可 算 得 斷 面 輸 沙 率 Qs(t/s)為 ： 式 中 qi - 第 i根 垂 線 與 第 i-1根 垂 線 間 的部 分 流 量 ， m3/s； Csmi - 第 i根 垂 線 的 平 均 含 沙 量 ，kg/m3。 )qCq)CC(21q)CC(21qC(10001Q nsmn1-nsmn1smn2sm2sm11sm1s - 斷 面 平 均 含 沙 量 計(jì) 算 斷 面 平 均 含 沙 量 ： （

14、 三 ） 懸 移 質(zhì) 輸 沙 量 的 計(jì) 算 根 據(jù) 多 次 實(shí) 測(cè) 的 斷 面 平 均 含 沙 量 和 單 樣 含 沙量 的 成 果 ， 以 單 沙 為 縱 坐 標(biāo) ， 以 相 應(yīng) 斷 沙 為 橫 坐標(biāo) ， 點(diǎn) 繪 單 沙 與 斷 沙 的 關(guān) 系 點(diǎn) ， 并 通 過(guò) 點(diǎn) 群 中 心繪 出 單 沙 與 斷 沙 的 關(guān) 系 線 （ 圖 3-26） 。 利 用 繪 制的 單 沙 斷 沙 關(guān) 系 ， 可 進(jìn) 一 步 計(jì) 算 日 平 均 輸 沙 率 、年 平 均 輸 沙 率 及 年 輸 沙 量 等 。 1000QCs Qs 二 、 推 移 質(zhì) 泥 沙 測(cè) 驗(yàn) 推 移 質(zhì) 輸 沙 率 是 指 單 位 時(shí)

15、 間 內(nèi) 通 過(guò) 測(cè)驗(yàn) 斷 面 的 推 移 質(zhì) 泥 沙 重 量 ， 單 位 為 kg/s。推 移 質(zhì) 取 樣 的 方 法 ， 是 將 采 樣 器 放 到 河 底直 接 采 集 推 移 質(zhì) 沙 樣 。 由 于 推 移 質(zhì) 粒 徑 不同 ， 推 移 質(zhì) 采 樣 器 分 為 沙 質(zhì) 和 卵 石 兩 類(lèi) 。沙 質(zhì) 推 移 質(zhì) 采 樣 器 適 用 于 平 原 河 流 ， 我 國(guó)自 制 的 這 類(lèi) 儀 器 有 黃 河 59型 和 長(zhǎng) 江 大 型 推移 質(zhì) 采 樣 器 。 卵 石 推 移 質(zhì) 采 樣 器 通 常 用 來(lái)施 測(cè) 1.0 30cm粗 粒 徑 推 移 質(zhì) ， 主 要 采 用 網(wǎng)式 采 樣 器 ，

16、有 軟 底 網(wǎng) 式 和 硬 底 網(wǎng) 式 兩 種 。 3.6 水 文 調(diào) 查 水 文 調(diào) 查 是 補(bǔ) 充 定 位 觀 測(cè) 的 不 足 ， 使 水文 資 料 更 加 系 統(tǒng) 完 整 ， 更 好 地 滿(mǎn) 足 水 資 源開(kāi) 發(fā) 利 用 、 水 利 水 電 建 設(shè) 及 其 它 國(guó) 民 經(jīng) 濟(jì)建 設(shè) 的 需 要 的 一 種 有 效 手 段 。 一 、 洪 水 的 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(shí) 間 、 災(zāi) 情 測(cè) 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(cè) 量

17、調(diào) 查 河 段 的 縱 橫 斷 面 ； 必要 時(shí) 應(yīng) 在 調(diào) 查 河 段 進(jìn) 行 簡(jiǎn) 易 地 形 測(cè) 量 ； 對(duì)調(diào) 查 成 果 進(jìn) 行 分 析 ， 推 算 洪 水 總 量 、 洪 峰流 量 、 洪 水 過(guò) 程 及 重 現(xiàn) 期 ， 最 后 寫(xiě) 出 調(diào) 查報(bào) 告 。 當(dāng) 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(zhǎng) ， 以 求 得 洪 峰 流

18、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(méi) 有水 文 站 的 河 段 上 ， 可 采 用 下 式 計(jì) 算 。 式 中 A、 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(lèi) 比 確 定 ， I為 洪水 水 面 比 降 。 2132 IARn1Q 二 、 暴 雨 調(diào) 查 暴 雨 調(diào) 查 有 兩 種 ： 調(diào) 查 歷 史 暴 雨 和 調(diào) 查 現(xiàn) 代 暴 雨 。暴 雨 調(diào) 查 的 主

19、要 內(nèi) 容 有 ： 暴 雨 成 因 、 暴 雨 量 、 暴 雨 起 迄 時(shí) 間 、 暴雨 變 化 過(guò) 程 及 前 期 雨 量 情 況 、 暴 雨 走 向 及當(dāng) 時(shí) 主 要 風(fēng) 向 風(fēng) 力 變 化 等 。 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(shí) 候 才 能 進(jìn) 行 ， 不 象 對(duì) 洪 水 的 調(diào)查 那 樣 ， 隨 時(shí) 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(shí) 物 以 及 文 獻(xiàn) 資 料 ，都 是 進(jìn) 行 歷 史 水 文

20、 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 3.7 水 文 測(cè) 驗(yàn) 資 料 的 收 集 水 文 資 料 是 水 文 分 析 計(jì) 算 的 基 礎(chǔ) ， 因 此 在 進(jìn)行 水 文 計(jì) 算 時(shí) 首 先 必 須 收 集 水 文 資 料 。 水 文 資 料 的 收 集 可 歸 納 為 兩 條 途 徑 ： 一 是 查 閱 水 文 主 管 部 門(mén) 負(fù) 責(zé) 逐 年 刊 印 成 冊(cè) 的 水 文 年 鑒 ； 二 是 借 助 區(qū) 域 性 水 文 分 析 成 果 。 本 章 小 結(jié) ：（ 1） 掌 握 流 速 測(cè) 驗(yàn) 方 法 ， 計(jì) 算 方 法 。 掌 握 資 料 整編 原 則 及 方 法 。 學(xué) 會(huì) 查 用 水 文 年 鑒 ， 水 文 手 冊(cè) 。（ 2） 了 解 蒸 發(fā) 、 流 量 的 測(cè) 驗(yàn) 方 法 ， 各 種 流 速 儀 的認(rèn) 識(shí) 。（ 3） 初 步 了 解 降 水 觀 測(cè) 方 法 。 初 步 了 解 水 位 觀 測(cè) 、流 速 儀 測(cè) 流 方 法 。 了 解 水 文 調(diào) 查 內(nèi) 容 。 （ 4） 重 點(diǎn) 難 點(diǎn) ： 流 量 測(cè) 驗(yàn) 的 幾 種 方 法 及 資 料 整 編 。