水文测验及资料整编

第三章水文测验及资料整编3.1水文测站3.2水位观测及整理3.3流量测验与整理3.4泥沙测验与整理3.1水文测站一水文测站任务1任务水文测站是组织进行水文测验、收集水文资料的基本场所。其任务是按一定标准对指定地点(断面)的水文要素作系统观测和资料整编。2分类(1)按测验项目分(见图3-1)(2)按测站性质分(见图3-2)水文站水位站雨量站水质站水文站基本站专用站实验站水文站图3-1图3-2二水文要素降水量蒸发量下渗量水位流量泥沙三水文站的布设要求：河道顺直，水位流量关系稳定（断面或河道水力要素稳定）浮标上断面浮标下断面浮标中断面比降上断面比降下断面流速仪测流断面基本水尺断面基线αβLfLs图3-3水文站布设示意图3.2水位观测与整理一水位水体自由水面相对于某一基面的高程，称为水位，单位m。我国统一采用青岛附近黄海海平面为标准基面。二水位观测1水尺——人工观测在测流断面上布设水尺，人工定时或不定时进行观测：水位(Z)=水尺零点高程(Z0)+水尺度数(h)a.水位变化不大时，每天采用两段制观测(8点和20点)；b.水位变化较大时，每天采用四段制观测(2点，8点，14点，20点)；c.洪水期或水位变化急剧时，需增加测次。2自记水位计利用自记水位记自动纪录水位的连续变化过程。三水位资料的整理所获得的水位资料都是瞬时值。水位资料整理就是将瞬时水位值换算成日平均水位。1当等时距观测或摘录水位时，日平均水位计算采用算术平均法：式中，Zi为i次观测或摘录水位值；n为观测或摘录次数。2当不等时距观测或摘录水位时，日平均水位计算采用加权平均法，又称面积包围法求取tZ自记水位过程线n1iiZn1Z日式中，a，b，c，m，n——相邻两次水位间的时距，单位h；T=a+b+c+•••+m+n=24小时；Z0，Z1，Z2，•••，Zn-1，Z0——为各次观测的水位，单位m。面积包围法示意图Z0Z1Z3Z2Zn-2Zn-1Zn0时24时ancmbn)ZZ(21b)ZZ(21a)ZZ(21nTZn1n2110个梯形面积之和日nZ)nm(Z)cb(Z)ba(ZaZ481Zn1n210日3.3流量测验与整理一概述Q=AV由上式知，流量测验包括3部分：断面面积测量、流速测量及流量计算。测流方法很多，如直接法、水力学法、物理法、化学法、浮标测流法、面积流速法(又称流速仪法)。二流速仪测流流速分布示意图相对水深流速1原理Q=∑qi=∑ViAiViAi2布骤(1)布设测速垂线，测量各垂线的深度hi和相邻垂线间的距离bi；(2)在测速垂线上布设测点，用流速仪测速，计算各垂线平均流速vmi；(3)部分平均流速Vi和部分面积Ai计算；部分平均流速Vi：岸边部分中间部分部分面积Ai：岸边部分中间部分(4)部分流量qi=ViAi计算，部分流量之和即为Q。垂线布点方式：0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0（相对水深）。垂线平均速度视测点数，分别按下式计算：)2222(101)233(101)(31)(210.18.06.04.02.00.00.18.06.02.00.08.06.02.08.02.06.0vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvmmmmm六点法：五点法：三点法：二点法：一点法：（3）流速测量三流量资料整编测流工作量大，程序复杂，不可能随时测流；水位观测相对简单、快捷。由于水位与流量存在着一定的关系。因此，流量资料整编的关键在于绘制水位～流量关系曲线。(一)水位～流量关系曲线绘制1稳定的水位～流量关系曲线由曼宁公式V=R2/3I1/2/n，可得流量：Q=AV=AR2/3I1/2/n式中，Q——流量(m3/s)；A——过水断面面积(m2)；R——水力半径；I——水面比降；n——糙率。当河段和测站控制良好，河道水流接近均匀流时，在同一水位下，A，R，I，n均保持不变，或它们对流量的影响相互抵消，水位～流量关系稳定，呈单一曲线。如图3-8所示。2不稳定的水位～流量关系曲线从公式Q=AV=AR2/3I1/2/n知，当水位Z不变时，A，R，I，n中任意一项发生变动，Q都不是定值，则水位～流量关系曲线不是单一的。有下面几种情况：(1)受河床冲淤影响的水位～流量关系洪水水面河道沿程发生高低起伏的一种波动，称为洪水波。稳定流水面比降i0、洪水波的水面比降i。波前部分ii0，波后部分ii0。i△=i-i0——附加比降。当河流稳定时，i△=0；涨洪时，i△=0；落洪时，i△=0图3-9(2)受洪水涨落影响的水位～流量关系(3)受变动回水影响的水位～流量关系下游回水顶托，导致水面比降减少，由曼宁公式Q=AV=AR2/3I1/2/n知，在相同水位下，比降小的流量变小。(二)水位～流量关系曲线延长一般水位～流量关系曲线的水位在正常变幅内，最高水位和最低水位对应的流量无法获取。因此，需对水位流量关系曲线进行延长。1高水延长(1)水位面积、水位流速延长法(2)曼宁公式延长法Q=AV=AR2/3I1/2/n=(AR2/3)(S1/2/n)式中，A，R，n同前，S=I,为比降；其中S1/2/n≈v/R2/3。绘制Z～AR2/3曲线和Z～S1/2/n并延长。2低水延长低水延长一般是以断流水位Z0作控制进行水位流量关系曲线向断流水位方向所作的延长。断流水位是指流量为零时的相应水位。假定低水时水为流量关系式：nZZKQ)(0bcabcaZZZZZZZ220在水位流量曲线中、低水弯曲部分取三各点(满足Q2b=Qa·Qc)（Za，Qa）、（Zb，Qb）、（Zc，Qc）代入上式，得：以（Z0，0）为控制点，延长得低水曲线。(三)流量推求由水位～流量关系曲线，可推求任意水位对应的流量。1、当一日水位变化平稳时，用日平均水位在水位流量关系曲线上插得日平均流量。2、当一日水位变化较大时，用一日内各次水位从水位流量关系曲线上查得相应流量，再按算术平均法或面积包围法计算日平均流量。3、旬、月、年平均流量计算日平均流量旬、月、年平均流量方法：算术平均法4编制流量资料整编成果表实测流量成果表——记录了一年各次测流的基本情况(水位、断面面积、断面平均流速、测流方法)逐日平均流量表——一年每日平均流量洪水水文要素摘录表——洪水水位及流量变化过程资料悬移质泥沙：悬浮于水中并随之运动推移质泥沙：受水流冲击沿河底移动或滚动河床质泥沙：相对静止而停留在河床上3.4泥沙测验与整理本章小结水文测站种类水位的概念及其整编流速仪测流原理及其流量资料整编泥沙的基本概念作业1P34[3-1]2P34[3-2]