《水文測(cè)驗(yàn)》PPT課件

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1、第 二 章 水 文 測(cè) 驗(yàn)一 、 水 文 測(cè) 站 的 任 務(wù) 及 分 類水 文 資 料 是 各 種 水 文 分 析 的 基 礎(chǔ) ， 主 要 來(lái) 源于 水 文 測(cè) 站 對(duì) 各 項(xiàng) 水 文 要 素 的 長(zhǎng) 期 觀 測(cè) 。水 文 測(cè) 站 的 基 本 任 務(wù) 是 按 照 統(tǒng) 一 標(biāo) 準(zhǔn) 對(duì) 指 定地 點(diǎn) (斷 面 )的 水 文 要 素 做 系 統(tǒng) 觀 測(cè) 與 資 料 整理 。 河 流 水 文 測(cè) 站 負(fù) 責(zé) 對(duì) 河 流 指 定 地 點(diǎn) 的水 位 、 流 量 、 泥 沙 、 蒸 發(fā) 、 水 溫 、 冰 凌 、 水 化 學(xué) 、地 下 水 等 項(xiàng) 目 的 觀 測(cè) 及 有 關(guān) 資 料 的 分 析 工 作 。水

2、 文 測(cè) 站 基 本 站 專 用 站 實(shí) 驗(yàn) 站 二 、 水 文 站 網(wǎng)水 文 測(cè) 站 在 地 理 上 的 分 布 ；點(diǎn) 、 面 關(guān) 系 ；因 各 流 域 自 然 地 理 條 件 不 同 、 各 水 文 要 素的 時(shí) 空 變 化 規(guī) 律 也 不 相 同 ， 在 站 網(wǎng) 設(shè) 計(jì) 中難 于 建 立 比 較 普 遍 的 理 論 和 方 法 ；站 網(wǎng) 建 設(shè) 應(yīng) 與 其 目 的 結(jié) 合 ；站 網(wǎng) 密 度 與 監(jiān) 測(cè) 記 錄 應(yīng) 充 分 考 慮 區(qū) 域 的 水文 氣 象 特 性 ； 三 、 水 文 測(cè) 站 的 設(shè) 立確 定 站 點(diǎn) 斷 面 時(shí) ， 主 要 考 慮 的 是 在 保 證 工作 安 全 和 監(jiān)

3、 測(cè) 精 度 的 條 件 下 ， 簡(jiǎn) 化 觀 測(cè) 和資 料 整 理 工 作 ；水 文 站 點(diǎn) 的 設(shè) 立 必 須 能 夠 保 證 水 位 與 流 量之 間 存 在 著 良 好 的 穩(wěn) 定 關(guān) 系 。水 位 流 量 關(guān) 系 受 到 河 流 斷 面 和 水 力 因 素 兩方 面 影 響 。 一 般 應(yīng) 選 擇 河 斷 順 直 、 地 質(zhì) 條 件 良 好 、 便 于布 設(shè) 測(cè) 驗(yàn) 設(shè) 備 的 安 裝 。 其 順 直 長(zhǎng) 度 應(yīng) 不 小 于洪 水 時(shí) 主 河 槽 寬 度 的 3-5倍 。水 文 測(cè) 站 應(yīng) 建 立 必 要 的 斷 面基 本 水 尺 斷 面流 速 儀 測(cè) 速 斷 面浮 標(biāo) 測(cè) 流 斷 面

4、比 降 斷 面 第 二 節(jié) 水 位 觀 測(cè)水 位 ： 是 指 江 、 河 、 湖 、 水 庫(kù) 等 水 體 的自 由 水 面 相 對(duì) 某 一 基 準(zhǔn) 面 的 高 程 （ m） 。全 國(guó) 統(tǒng) 一 采 用 青 島 附 近 黃 海 海 平 面 為 基準(zhǔn) 面 。水 位 觀 測(cè) 的 儀 器 包 括 水 尺 和 自 計(jì) 水 位 計(jì) 。水 面 在 水 尺 上 讀 數(shù) 加 水 尺 零 點(diǎn) 的 高 程 即為 當(dāng) 時(shí) 的 水 位 值 。 水位浮子法超聲波壓力式裝有記錄裝置的觀測(cè)房水位聲脈沖 置于河底的發(fā)射/接收器信號(hào)線 橋記錄裝置發(fā)射/接收器水位聲脈沖 上視/下視超 聲波傳感器 水 位 觀 測(cè) 的 次 數(shù) 因 季

5、節(jié) 不 同 而 不 同 水 位 相 對(duì) 穩(wěn) 定 時(shí) 每 天 2次 ， 枯 水 期 每 天 1次 ， 穩(wěn) 定封 凍 期 幾 天 觀 測(cè) 1次 ， 汛 期 每 天 觀 測(cè) 4次 ， 洪 水 時(shí) 可適 當(dāng) 增 加 觀 測(cè) 次 數(shù) 。水 位 資 料 整 理 包 括 日 、 月 、 年 平 均 水 位 的 計(jì) 算 。 1日 水 位 變 化 緩 慢 或 水 位 變 化 大 但 觀 測(cè) 間 隔 相 等 ，則 可 用 算 術(shù) 平 均 ， 但 當(dāng) 間 隔 時(shí) 間 不 等 時(shí) 應(yīng) 用 面 積 包圍 法 計(jì) 算 。 JLWL-3型水位計(jì)具 備 水 位 數(shù) 據(jù) 實(shí) 時(shí) 采 集 、 顯 示 、 有 線 短 傳 、 無(wú)

6、線遠(yuǎn) 傳 等 功 能 ， 具 有 功 耗 低 、 接 口 簡(jiǎn) 單 、 性 能 可 靠等 特 點(diǎn) 。該 機(jī) 采 用 光 電 原 理 進(jìn) 行 水 位 的 變 化 檢 測(cè) ， 微 電 腦計(jì) 算 實(shí) 時(shí) 水 位 。 配 置 一 個(gè) RS485有 線 通 信 口 ， 可 向上 位 機(jī) 傳 送 實(shí) 時(shí) 水 位 值 。 設(shè) 備 可 掛 接 專 用 無(wú) 線 數(shù)字 傳 輸 電 臺(tái) （ 如 MDS2710、 日 精 MD889） ， 視 距 通訊 距 離 可 達(dá) 5千 米 。 各 外 接 接 口 均 有 防 雷 擊 、 抗 電磁 干 擾 措 施 ， 可 在 復(fù) 雜 環(huán) 境 下 使 用 。 標(biāo) 準(zhǔn) 配 置 下 ，整

7、 機(jī) 輸 入 功 耗 僅 2mA,可 長(zhǎng) 期 工 作 。 外 接 10Ah蓄 電池 供 電 的 情 況 下 ， 設(shè) 備 可 連 續(xù) 工 作 150天 以 上 而 無(wú)需 充 電 。 JLWL-3型水位計(jì) 第 三 節(jié) 流 量 觀 測(cè) 在 河 水 斷 面 上 ， 流 速 隨 水 平 和 垂 直 方 向 位 置的 不 同 而 變 化 ， 通 過(guò) 全 斷 面 的 流 量 很 難 用 準(zhǔn)確 的 數(shù) 學(xué) 方 程 表 示 ， 實(shí) 用 的 方 法 是 通 過(guò) 實(shí) 測(cè)斷 面 面 積 和 實(shí) 測(cè) 流 速 來(lái) 推 算 流 量 。 流 速 儀 測(cè) 流 法 是 將 過(guò) 水 斷 面 劃 分 為 很 多 部 分 ，用 普 通

8、 測(cè) 量 手 段 測(cè) 定 各 部 分 的 面 積 ， 用 流 速儀 測(cè) 定 各 面 積 上 的 平 均 流 速 ， 二 者 之 積 為 部分 面 積 上 的 部 分 流 量 ， 將 部 分 流 量 累 加 即 位斷 面 流 量 。 1、 斷 面 測(cè) 量 測(cè) 流 斷 面 的 測(cè) 量 ， 是 在 斷 面 上 布 設(shè) 一 定 數(shù) 量 的測(cè) 深 垂 線 ， 測(cè) 得 每 條 垂 線 的 起 點(diǎn) 距 和 水 深 ， 依 此測(cè) 量 即 可 測(cè) 得 過(guò) 水 斷 面 的 幾 何 尺 寸 。2、 流 速 測(cè) 量 流 速 用 流 速 儀 測(cè) 量 ， 流 速 儀 包 括 ： 感 應(yīng) 水 流 的旋 轉(zhuǎn) 器 、 記 數(shù)

9、器 和 保 持 儀 器 正 對(duì) 水 流 的 尾 翼 。 旋轉(zhuǎn) 器 在 水 流 的 沖 擊 下 旋 轉(zhuǎn) ， 通 過(guò) 記 錄 旋 轉(zhuǎn) 的 次 數(shù)就 可 求 得 流 速 ： V = Kn + C 為 了 正 確 測(cè) 定 流 速 ， 必 須 選 擇 若 干 條 具 有 代 表 性的 垂 線 ， 在 每 個(gè) 垂 線 上 選 擇 若 干 個(gè) 測(cè) 點(diǎn) ， 進(jìn) 行 測(cè)速 。 精 測(cè) 時(shí) 最 少 測(cè) 速 垂 線 數(shù) 目水面寬m 1000窄深5 6 10 12 15 20 20寬淺- - 10 15 20 25 25每 根 測(cè) 線 上 的 測(cè) 點(diǎn) ， 應(yīng) 根 據(jù) 水 深 大 小 、 有 無(wú) 冰 期 、 水位 變

10、化 確 定 ， 當(dāng) 水 深 大 雨 1m時(shí) ， 應(yīng) 采 用 5點(diǎn) 法 （ 0.0、0.2、 0.6、 0.8、 1.0） 。 3、 流 量 計(jì) 算 A： 由 測(cè) 點(diǎn) 速 度 計(jì) 算 垂 線 平 均 速 度 ; B： 計(jì) 算 部 分 面 積 的 平 均 流 速 ; C： 將 部 分 面 積 上 的 平 均 流 速 與 部 分 面 積 相 乘 得 部分 流 量 ; D： 將 各 部 分 流 量 相 加 得 總 流 量 。（ 1） 垂 線 平 均 流 速 ： 一 點(diǎn) 法 ： vm = v 0.6 二 點(diǎn) 法 ： vm = (v 0.2+v 0.8)/2 三 點(diǎn) 法 ： v m = （ v 0.2 +

11、 v 0.6 + v 0.8 ） /3 五 點(diǎn) 法 ： vm = （ v 0.0+ 3v 0.2 +3 v 0.6 +2 v 0.8 + v 1.0） /10 （ 2） 部 分 平 均 流 速 ： 岸 邊 部 分 流 速 ： v1 = vm1 vn = vmn 為 岸 邊 系 數(shù) （ 斜 坡 岸 邊 ： 0.67-0.75， 陡 岸 ：0.8-0.9， 死 水 邊 ： 0.5-0.67） 。 中 間 部 分 流 速 為 兩 側(cè) 垂 線 平 均 流 速 的 平 均 值 ： vi = （ v mi-1 +vmi） /2（ 3） 部 分 面 積 ： F i = （ Hi+H i-1） bi/2（ 4

12、） 總 流 量 ： Q = vi Fi SVR-VP電 波 流 速 儀SVR-VP電 波 流 速 儀 是 美 國(guó) 德 卡 托 電 子 公 司 制 造 ，專 門 用 于 河 流 水 面 流 速 測(cè) 量 。SVR-VP主 要 特 點(diǎn) 和 技 術(shù) 指 標(biāo)單 人 使 用 ， 總 重 1.3公 斤 ， 手 持 測(cè) 量 或 置 于 三 腳架 上 。內(nèi) 置 可 充 電 電 池 ， 連 續(xù) 工 作 8小 時(shí) 。內(nèi) 置 俯 仰 角 傳 感 器 , 俯 仰 角 自 動(dòng) 改 正 ， 手 動(dòng) 選 擇水 平 角 。防 雨 淋 。測(cè) 速 范 圍 0.5 13米 /秒 ,測(cè) 速 精 度 0.03米 /秒環(huán) 境 溫 度 -3

13、0 +70 。 使 用 方 法初 次 使 用 時(shí) ， 先 將 電 池 充 滿 后 插 入 手 柄 電 池 倉(cāng) 內(nèi) ；按 下 電 源 鍵 , 瞄 準(zhǔn) 目 標(biāo) ,設(shè) 置 水 平 角 , 摳 動(dòng) 扳 機(jī) ， 15秒 后 顯 示 流 速 數(shù) 據(jù) 。按 鍵 功 能 ：SVR面 板 上 有 三 個(gè) 按 鍵 和 一 個(gè) LCD顯 示 窗 。 按 POWER開機(jī) 或 關(guān) 機(jī) 。 按 MODE 鍵 選 擇 水 平 角 狀 態(tài) 或 背 景 光 狀 態(tài) 。在 水 平 角 狀 態(tài) 下 按 SELECT鍵 選 擇 水 平 角 改 正 值（ 0 45 ） ； 在 背 景 光 狀 態(tài) 則 選 擇 背 景 光 開 或 關(guān) 。

14、在 任 何 狀 態(tài) 下 ， 如 果 6秒 內(nèi) 不 按 MODE或 SELECT鍵 ， 儀器 返 回 流 速 顯 示 狀 態(tài) 。 水 面 流 速 測(cè) 量測(cè) 速 時(shí) 面 向 上 游 或 面 向 下 游 都 可 以 。 開 始 測(cè) 速 前 ，用 雷 達(dá) 槍 瞄 準(zhǔn) 水 面 ， 摳 動(dòng) 扳 機(jī) ， 顯 示 器 上 的 小 數(shù)點(diǎn) 開 始 閃 動(dòng) ， 說(shuō) 明 測(cè) 量 正 在 進(jìn) 行 。 快 結(jié) 束 時(shí) ， 閃動(dòng) 速 度 加 快 ， 最 后 停 止 閃 動(dòng) ， 測(cè) 量 結(jié) 束 。開 始 測(cè) 量 10秒 鐘 后 顯 示 第 一 個(gè) 流 速 數(shù) 據(jù) ， 然 后 每 5秒 更 新 一 次 ， 共 更 新 8次 。

15、 該 時(shí) 段 的 平 均 流 速 一 直顯 示 在 屏 幕 上 ， 直 至 摳 動(dòng) 扳 機(jī) 進(jìn) 行 下 一 次 測(cè) 量 。在 測(cè) 量 過(guò) 程 中 若 摳 動(dòng) 扳 機(jī) ， 儀 器 立 即 停 止 更 新 數(shù)據(jù) ， 顯 示 前 一 時(shí) 段 的 平 均 流 速 。由 于 SVR測(cè) 量 水 流 表 面 多 普 勒 效 應(yīng) ， 需 要 一 定 的 反射 能 量 。 水 面 漂 浮 物 （ 水 草 、 草 子 等 ） 和 水 面 波動(dòng) 可 以 形 成 能 量 反 射 。 由 黃 委 水 文 局 自 行 研 制 開 發(fā) 的 自 動(dòng) 化 水 文纜 道 測(cè) 驗(yàn) 控 制 系 統(tǒng) ， 該 系 統(tǒng) 具 備 全 自 動(dòng)

16、 、半 自 動(dòng) 測(cè) 流 等 五 種 工 作 模 式 ， 可 實(shí) 施 遠(yuǎn) 距離 遙 控 操 作 ， 遠(yuǎn) 在 千 里 之 外 點(diǎn) 擊 鼠 標(biāo) ， 即可 自 動(dòng) 完 成 流 量 測(cè) 驗(yàn) ， 并 可 通 過(guò) 遠(yuǎn) 程 視 頻設(shè) 備 進(jìn) 行 測(cè) 驗(yàn) 現(xiàn) 場(chǎng) 實(shí) 時(shí) 監(jiān) 控 ， 提 高 了 纜 道測(cè) 驗(yàn) 的 安 全 性 ， 減 輕 了 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 ， 縮 短 了測(cè) 驗(yàn) 歷 時(shí) ， 提 高 了 水 文 測(cè) 驗(yàn) 的 工 作 效 率 ，測(cè) 驗(yàn) 技 術(shù) 取 得 突 破 ， 該 系 統(tǒng) 處 于 國(guó) 際 領(lǐng) 先水 平 ， 現(xiàn) 已 在 部 分 水 文 站 正 式 投 入 使 用 。 自動(dòng)化水文纜道測(cè)驗(yàn)控制系統(tǒng) 監(jiān)測(cè)船

17、 第 四 節(jié) 流 量 資 料 整 編 由 于 流 量 資 料 觀 測(cè) 費(fèi) 時(shí) 費(fèi) 力 ， 因 而 可 以 用 容 易觀 測(cè) 的 水 位 資 料 來(lái) 間 接 地 反 映 流 量 變 化 過(guò) 程 。一 、 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 的 繪 制 在 河 床 穩(wěn) 定 、 控 制 良 好 的 條 件 下 ， 水 位 關(guān) 系 曲線 比 較 穩(wěn) 定 ， 在 普 通 方 格 紙 上 ， 以 水 位 為 縱 坐 標(biāo) 、流 量 位 橫 坐 標(biāo) 、 將 實(shí) 測(cè) 的 相 對(duì) 水 位 和 對(duì) 應(yīng) 的 流 量數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 點(diǎn) 繪 ， 對(duì) 所 有 點(diǎn) 經(jīng) 過(guò) 分 析 論 證 ， 去 掉 錯(cuò)誤 點(diǎn) ， 即 可 繪 制

18、 出 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 。 二 、 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 延 長(zhǎng)水 文 站 測(cè) 流 時(shí) 不 易 測(cè) 到 高 水 位 和 最 枯 水 位的 流 量 資 料 ， 因 此 要 對(duì) 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線進(jìn) 行 延 長(zhǎng) 。 進(jìn) 一 步 得 到 全 年 流 量 過(guò) 程 。對(duì) 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 的 延 長(zhǎng) 必 須 謹(jǐn) 慎 ， 高水 位 部 分 不 應(yīng) 該 大 于 當(dāng) 年 實(shí) 測(cè) 水 位 變 幅 的30%， 低 水 位 不 能 大 于 10%。 根 據(jù) 水 位 面 積 、 水 位 流 速 關(guān) 系 曲 線 延 長(zhǎng) 河 床 比 較 穩(wěn) 定 的 河 段 ， 水 位 面

19、 積 、 水 位 流 速關(guān) 系 比 較 穩(wěn) 定 ， 因 此 可 以 用 于 延 長(zhǎng) 流 量 。先 根 據(jù) 實(shí) 測(cè) 斷 面 資 料 繪 制 所 需 延 長(zhǎng) 部 分 的 水位 面 積 曲 線 ， 再 將 水 位 流 速 曲 線 按 照 其 上 端 趨勢(shì) 外 延 ， 最 后 根 據(jù) 延 水 部 分 的 流 速 與 相 應(yīng) 面 積的 乘 積 來(lái) 延 長(zhǎng) 流 量 。 利 用 該 方 法 延 長(zhǎng) 時(shí) 河 流 斷 面 不 應(yīng) 該 有 突 變 。 用 曼 寧 公 式 延 長(zhǎng)在 有 比 降 觀 測(cè) 資 料 的 測(cè) 站 ， 可 根 據(jù) 流 量 和比 降 以 及 斷 面 觀 測(cè) 資 料 ， 分 析 出 各 次 測(cè)

20、流時(shí) 的 糙 率 n值 ， 點(diǎn) 繪 水 位 糙 率 關(guān) 系 曲 線 ， 并順 勢(shì) 延 長(zhǎng) ， 以 此 確 定 高 水 位 時(shí) 河 床 的 糙 率 ，再 利 用 高 水 位 時(shí) 的 實(shí) 測(cè) 比 降 以 及 最 近 的 斷面 測(cè) 量 結(jié) 果 ， 就 可 以 利 用 曼 寧 公 式 求 得 斷面 平 均 流 速 ， 從 而 得 到 高 水 位 時(shí) 的 流 量 。 3、 低 水 位 流 量 關(guān) 系 的 延 長(zhǎng) 水 位 面 積 、 水 位 流 速 關(guān) 系 曲 線 ； 低 水 位 延 長(zhǎng) 不 能 超 過(guò) 當(dāng) 年 監(jiān) 測(cè) 最 低 水位 的 10%。 三 、 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 的 轉(zhuǎn) 移當(dāng) 在

21、沒(méi) 有 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 的 斷 面 進(jìn) 行 工 程 規(guī)劃 時(shí) ， 需 要 將 臨 近 水 文 站 的 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 轉(zhuǎn)移 到 設(shè) 計(jì) 斷 面 。條 件距 離 不 遠(yuǎn) 、 兩 斷 面 間 流 域 面 積 不 大 、 無(wú) 明 顯 入 流和 出 流在 設(shè) 計(jì) 斷 面 設(shè) 立 臨 時(shí) 水 尺 ， 與 水 文 站 同 時(shí) 觀 測(cè)水 位 ， 建 立 設(shè) 計(jì) 斷 面 與 水 位 站 基 本 水 尺 斷 面 間 同時(shí) 水 位 關(guān) 系 線 來(lái) 轉(zhuǎn) 移 。 在 中 低 水 位 情 況 下 ， 流 量 比 較 穩(wěn) 定 ， 同時(shí) 兩 斷 面 距 離 較 近 ， 所 以 同 一 時(shí) 間

22、 流 量大 致 相 同 ， 將 與 設(shè) 計(jì) 斷 面 同 時(shí) 觀 測(cè) 的 水文 站 水 位 ， 在 水 位 站 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線上 查 找 流 量 ，然 后 用 此 流 量 與 同 時(shí) 觀 測(cè) 的 水 位 點(diǎn) 繪 曲線 ， 即 得 到 設(shè) 計(jì) 斷 面 中 、 低 水 位 時(shí) 的 水位 流 量 關(guān) 系 曲 線 。 四 、 流 量 資 料 整 編定 出 水 位 流 量 關(guān) 系 曲 線 以 后 ， 可 以 把水 位 觀 測(cè) 資 料 轉(zhuǎn) 換 成 連 續(xù) 的 流 量 資 料 ，在 自 基 礎(chǔ) 上 可 進(jìn) 行 各 種 統(tǒng) 計(jì) 整 理 工 作 ，計(jì) 算 日 、 月 、 年 平 均 流 量 。為

23、提 高 整 編 成 果 的 可 靠 性 ， 還 需 要 對(duì)單 個(gè) 站 整 編 成 果 進(jìn) 行 合 理 性 檢 驗(yàn) 。 練習(xí):某水文站實(shí)測(cè)流量成果如表，試?yán)L制水位流量、水位面積、水位流速關(guān)系曲線，并延長(zhǎng)水位流量關(guān)系曲線，求水位為330.60m時(shí)的流量。水位m流量m3/S斷面面積 m2平均流速m/s水位m流量m3/S斷面面積 m2平均流速m/s322.09 51.5 53.7 0.96 326.48 1090 459 2.37322.36 80.0 62.9 1.27 327.70 1510 591 2.56323.37 238 143 1.66 325.23 681 328 2.08 322.69 114 90.0 1.27 325.98 892 417 2.14324.07 397 224 1.77 330.60 910328.35 1820 674 2.70