水文測驗及水文資料收集

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

2、 水 文 站 網(wǎng) 的 規(guī) 劃 ， 布 設 水 文站 ； 采 用 定 位 觀 測 、 巡 回 測 驗 、 水 文 調 查 等方 法 測 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 以 及 泥 沙 顆粒 分 析 ， 水 質 監(jiān) 測 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 驗 工 作 也 可 稱 水 文 資 料 搜 集 系 統(tǒng) 。 根 據(jù) 水 文 測 驗 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 價和 開 發(fā) 利 用 、 防 汛 抗 旱 、 水 資 源 保 護 提 供 情報 ， 為 水 利 工 程 的 規(guī) 劃 設 計 和 管 理 運 用 提 供資 料 ， 為 國 防 建 設 以 及 其 他 國 民 經(jīng) 濟 建 設 服務 。 水 文 站 是 進 行 水 文 測 驗 的 觀 測 站 ， 它 是按 國 家 水 文 測 驗 規(guī) 范 的 統(tǒng) 一 標 準 對 指 定 地 點的 水 文 要 素 如 水 位 流 量 泥 沙 降 水 蒸 發(fā) 水 溫 冰凌 水 化 學 地 下 水 等 項 目 做 系 統(tǒng) 觀 測 并 對 資 料進 行 整 理 。 3.2 水 位 觀 測

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

5、 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 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 傳 室 內 ，使 水 位 觀 測 工 作 趨 于 自 動 化 和 遠 傳 化 。 3.3 流 量 觀 測 與 計 算 流 速 儀 定 點 測 速 由 于 河 流 斷 面 上 的 流 速 是 不均 勻 的 ， 需 分 塊 計 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 流 斷 面 劃 分 成 數(shù) 塊 部分 面 積 A1， A2

6、A ， 然 后 測 出 每 塊 小 面 積上 的 平 均 流 速 ， ， 。 根 據(jù) 下 式 計 算流 量 ： n1i iiAvQ 1 部 分 面 積 測 量 部 分 面 積 的 垂 線 也 稱 測 深 垂 線 ， 測 量 各垂 線 上 的 水 深 一 般 采 用 測 深 錘 深 深 桿 ， 水 深很 深 時 亦 可 采 用 超 聲 波 儀 器 測 深 。 由 此 可 得各 垂 線 水 深 H ， H Hn。 部 分 面 積 計 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 驗 測 深 垂 線

7、 一 般 也 是 測 速 垂 線 。 常 用 一 點法 ， 二 點 法 ， 三 點 法 和 五 點 法 四 種 。 n,2,1i bHH21A ii1ii V (m/s)H (m) 測 速 垂 線 流 速 分 布 圖 各 部 分 面 積 平 均 流 速 計 算 如 下 ：中 間 部 分兩 岸 水 邊 式 中 ， 稱 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 法 采 用 流 速 儀 測 流 ， 或洪 水 調 查 時 ， 常 采 用 浮 標 測 速 方 法 。 現(xiàn) 在 ， 一 些 測 站 應

8、用 超 聲 波 測 速 方 式 ， 觀 測斷 面 流 速 和 流 量 。 當 水 文 資 料 缺 乏 和 不 充 分 時 ， 需 進 行 洪 水 調查 。 j1jj VV21V 11 VV 1-nVVn 3.4 流 量 資 料 整 編 觀 測 以 及 分 析 計 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 程 ，刊 登 于 水 文 年 鑒 或 水 文 數(shù) 據(jù) 庫 。 穩(wěn) 定 的 水 位 流 量 關 系 ： 流 量 測 驗 比 較 困 難 ， 而觀 測 水 位 很 容 易 ， 如 果 水 位 流 量 之

9、 間 的 關 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 關系 比 較 穩(wěn) 定 。 在 方 格 紙 上 ， 以 縱 坐 標 代 表 水 位 ， 橫坐 標 代 表 流 量 ， 將 實 測 水 位 和 流 量 的 數(shù) 據(jù) 點 繪 上 去 。若 點 子 分 布 成 一 帶 狀 ， 且 有 以 上 的 中 高 水 流速 儀 測 點 與 平 均 關 系 曲 線 的 偏 離 不 超 過 ， 則可 以 定 為 單 一 水 位 流 量 關 系 曲 線 。 3.5 河 流 泥 沙 的 測 算 河 流 中 的 泥 沙 ,

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

11、沙 的 質 量 ， 稱 為 含 沙 量 ， 用 Cs表示 ， 單 位 為 kg/m3。 單 位 時 間 流 過 河 流 某 斷面 的 干 沙 質 量 ， 稱 為 輸 沙 率 ， 以 Qs表 示 ，單 位 為 kg/s。 斷 面 輸 沙 率 是 通 過 斷 面 上 含沙 量 測 驗 配 合 斷 面 流 量 測 量 來 推 求 的 。 （ 一 ） 含 沙 量 的 測 驗 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 驗輸 沙 率 測

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

13、.08.s06.06.s02.02.s0 msm - 斷 面 輸 沙 率 計 算 根 據(jù) 各 條 垂 線 的 平 均 含 沙 量 Csmj， 配 合 測 流計 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 算 斷 面 平 均 含 沙 量 ： （

14、 三 ） 懸 移 質 輸 沙 量 的 計 算 根 據(jù) 多 次 實 測 的 斷 面 平 均 含 沙 量 和 單 樣 含 沙量 的 成 果 ， 以 單 沙 為 縱 坐 標 ， 以 相 應 斷 沙 為 橫 坐標 ， 點 繪 單 沙 與 斷 沙 的 關 系 點 ， 并 通 過 點 群 中 心繪 出 單 沙 與 斷 沙 的 關 系 線 （ 圖 3-26） 。 利 用 繪 制的 單 沙 斷 沙 關 系 ， 可 進 一 步 計 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 泥 沙 測 驗 推 移 質 輸 沙 率 是 指 單 位 時

15、 間 內 通 過 測驗 斷 面 的 推 移 質 泥 沙 重 量 ， 單 位 為 kg/s。推 移 質 取 樣 的 方 法 ， 是 將 采 樣 器 放 到 河 底直 接 采 集 推 移 質 沙 樣 。 由 于 推 移 質 粒 徑 不同 ， 推 移 質 采 樣 器 分 為 沙 質 和 卵 石 兩 類 。沙 質 推 移 質 采 樣 器 適 用 于 平 原 河 流 ， 我 國自 制 的 這 類 儀 器 有 黃 河 59型 和 長 江 大 型 推移 質 采 樣 器 。 卵 石 推 移 質 采 樣 器 通 常 用 來施 測 1.0 30cm粗 粒 徑 推 移 質 ， 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 查 水 文 調 查 是 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 利 水 電 建 設 及 其 它 國 民 經(jīng) 濟建 設 的 需 要 的 一 種 有 效 手 段 。 一 、 洪 水 的 調 查 洪 水 調 查 工 作 包 括 ： 調 查 洪 水 痕 跡 洪 水發(fā) 生 的 時 間 、 災 情 測 量 、 洪 水 痕 跡 的 高 程 、了 解 調 查 河 段 的 河 槽 情 況 ； 了 解 流 域 自 然地 理 情 況 ； 測 量

17、調 查 河 段 的 縱 橫 斷 面 ； 必要 時 應 在 調 查 河 段 進 行 簡 易 地 形 測 量 ； 對調 查 成 果 進 行 分 析 ， 推 算 洪 水 總 量 、 洪 峰流 量 、 洪 水 過 程 及 重 現(xiàn) 期 ， 最 后 寫 出 調 查報 告 。 當 洪 水 痕 跡 高 程 確 定 以 后 ， 可 推 算 出 相 應 于此 洪 水 位 的 洪 峰 流 量 。 常 用 的 方 法 有 ： (1)水 位 流 量 關 系 法 ： 如 果 調 查 河 段 附 近 有 水 文 站 ， 則 可 利 用 水 文站 的 水 位 流 量 關 系 曲 線 加 以 延 長 ， 以 求 得 洪 峰 流

18、量 。 (2)比 降 法 ： 當 能 夠 確 定 調 查 河 段 的 水 面 比 降 或 者 在 沒 有水 文 站 的 河 段 上 ， 可 采 用 下 式 計 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 比 確 定 ， I為 洪水 水 面 比 降 。 2132 IARn1Q 二 、 暴 雨 調 查 暴 雨 調 查 有 兩 種 ： 調 查 歷 史 暴 雨 和 調 查 現(xiàn) 代 暴 雨 。暴 雨 調 查 的 主

19、要 內 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 時 主 要 風 向 風 力 變 化 等 。 三 、 枯 水 調 查 歷 史 枯 水 的 調 查 工 作 必 須 在 水 位 極 枯或 較 枯 的 時 候 才 能 進 行 ， 不 象 對 洪 水 的 調查 那 樣 ， 隨 時 都 可 以 進 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 資 料 ，都 是 進 行 歷 史 水 文

20、 調 查 的 重 要 資 料 。 調 查方 法 與 洪 水 調 查 方 法 基 本 相 似 ， 一 般 比 歷史 洪 水 調 查 更 為 困 難 3.7 水 文 測 驗 資 料 的 收 集 水 文 資 料 是 水 文 分 析 計 算 的 基 礎 ， 因 此 在 進行 水 文 計 算 時 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 負 責 逐 年 刊 印 成 冊 的 水 文 年 鑒 ； 二 是 借 助 區(qū) 域 性 水 文 分 析 成 果 。 本 章 小 結 ：（ 1） 掌 握 流 速 測 驗 方 法 ， 計 算 方 法 。 掌 握 資 料 整編 原 則 及 方 法 。 學 會 查 用 水 文 年 鑒 ， 水 文 手 冊 。（ 2） 了 解 蒸 發(fā) 、 流 量 的 測 驗 方 法 ， 各 種 流 速 儀 的認 識 。（ 3） 初 步 了 解 降 水 觀 測 方 法 。 初 步 了 解 水 位 觀 測 、流 速 儀 測 流 方 法 。 了 解 水 文 調 查 內 容 。 （ 4） 重 點 難 點 ： 流 量 測 驗 的 幾 種 方 法 及 資 料 整 編 。