水利信息技术第五章信息处理

1规划和前期准备信息采集信息处理地理信息系统管理信息系统设计及应用水利信息仿真与决策水利信息技术水利信息技术概述精确农业水利技术及推广信息传输与自动测报系统2第五章要求１.了解水位数据（整编）包括哪些内容。２.掌握水位流量关系曲线的推求。３.熟悉农田信息处理的内容。4.降雨量整理的方法、步骤。5.水质信息整编的方法。6.水利遥感信息解译途径。3第五章水利信息处理水位资料整编15农田信息整理3流量数据处理24第五章水利信息处理降雨量数据处理45遥感信息解译6水质数据处理55第一节水位资料整编一、校核原始记录二、水位资料的插补三、水位的合理性检查6第一节水位资料整编在水尺零点高程考证无误的基础上，校核原始水位观测记录的逐时水位、逐日平均水位、各月和全年的最高、最低水位及其发生日期、以及备注的河干、断流、冰情的起止日期等是否正确。尤其应对水情变化急剧、更换水尺和水尺零高变动时的水位值作重点校核，对水位特征值和日平均水位进行逐个校核，以保证全部水位记录和统计数据不发生差错。一、校核原始记录7第一节水位资料整编对缺测水位应插补，插补方法有：1.直线插补法适用情况：当缺测时间内的水位变化平缓，或水位变化虽然较大但涨落趋势比较均匀一致时。用缺测时段两端的水位值按时间比例直线内插出缺测期的水位值。1tit2tt1Z2ZZ二、水位资料的插补82.水位相关插补法适用情况：缺测期较长，水位涨落交替发生，且河道无较大冲淤变化时。建立本站与邻站的同时水位或相应水位的相关曲线，据此进行插补。上Z下ZZ上Z下Z1下Z1上Z1上Z1上Z1下Z第一节水位资料整编二、水位资料的插补93.连过程线插补法适用情况：缺测期水位有起伏变化，而上下游站区间径流增减不多，冲淤变化不大，两地水位过程线大致相似时，可参照上下游站水位变化趋势，连绘出本站缺测期的水位过程线进行插补。第一节水位资料整编二、水位资料的插补10第一节水位资料整编水位过程线直观检查有无不合理的地方。水位过程线与降雨过程对照检查有无不合理的地方。三、水位的合理性检查11第二节流量数据处理一、水位——流量关系曲线的确定二、Z~Q关系曲线的延长和移用三、水文数据处理成果的刊布12第二节流量数据处理一、Z~Q关系确定一个测站的水位流量关系是指基本水尺断面处的水位与通过该断面的流量之间的关系。根据实测流量成果，便可点绘水位与流量之间的关系。水位与流量之间的关系，有的表现为稳定的关系，有的则为不稳定的关系。13（1）稳定的水位流量关系由曼宁公式知，水位流量关系稳定的条件是：在同一水位下，n、A、R、s等因素保持不变，或虽有变化，但能相互补偿。（一）人工渠道水位流量关系均为稳定的水位流量关系。不同断面形状的水位～断面、水位～流速、水位～流量关系可用函数表达。（二）天然河流水位流量关系的分析天然河道一般属宽浅型河道，水面宽远大于水深。1．水位面积关系曲线没有明显冲淤变化的测站，稳定的水位面积关系曲线应为单一曲线。对于宽浅型河道有：一、水位流量关系曲线的绘制21321SRAnQ第二节流量数据处理14可知，稳定的水位面积关系曲线的重要特征是：曲线的斜率是河宽的倒数。BBZZAZ1图1稳定的水位流量、水位面积、水位流速关系曲线图2水位面积关系曲线15随断面形状的不同，水位面积曲线如下性质：⑴单式河槽，河宽渐变增大，曲线下凹。⑵复式河槽，漫滩水位处，河宽突变，曲线下凹。⑶矩形断面或U型断面，高水时，河宽接近常数，曲线近似直线。⑷上窄下宽断面，河宽随水位升高变小，曲线出现反曲。图3复式河槽的水位面积关系曲线162.水位流速关系曲线(5-1)式对水深求导：因，所以故：即，曲线上凹。又故：曲线的渐近线与纵轴平行。当断面出现漫滩或有深潭时，由于漫滩或潭顶处过水断面发生突变，断面平均流速的变化不连续，从而使水位流速关系曲线发生反曲。2222122)1(dKddVddKdddVdKV101022ddVd0limlim12dKdddVdd17图5漫滩时的水位流速关系曲线图6断面有深潭时的水位流速关系曲线183.水位流量关系曲线（5-2）式对水深求导：因故即，曲线下凹。二、不稳定的水位流量关系不稳定的水位流量关系，是指测验河段受断而冲淤、洪水涨落、变动回水或其它因素的个别或综合影响，使水位与流量间的关系不呈单值函数关系。分析这种水位流量关系的特征，是流量资料整编中的基本课题之一。2222133)1(dKddQddKdddQdKQ011y022ddQd191.受洪水涨落影响的水位流量关系洪水涨落影响，是指在涨落水过程中因洪水波传播引起不同的附加比降，使断面流量与同水位下稳定流流量相比，呈现有规律的增大或减小的现象。对应的水位流量关系呈逆时针绳套曲线。ZtuLZ20⑴基本流量公式由曼宁公式：注意同水位下为定值，故有：称为涨落率，称为校正因素。⑵关系曲线特征水位～面积关系曲线为单一线，水位～流速、水位～流量关系曲线为逆时针绳套曲线。2/13/21SRnVRAn、、2/1c2/1c2/12/12/12/12/12/13/2)tZSu11()tZSu11()tuZ()LZ()(1cccccQSKSKSKSSKSKSRnAVAQtZ(6-12)2/1c)tZSu11(21这是因为同水位比较：涨水时，落水时，⑶各水力要素极值出现顺序1）最高水位出现在最大流量之后证：取微小河段AB,因洪水波在运动中发生展开与扭曲变形，使下游断面流量过程线变胖。涨水时上断面A的流量大于下断面B的流量，A断面峰点过后开始落水，B断面仍在涨水。在时刻将会有，如图7(b)所示。cQQ1)tZSu11(0Z2/1ccQQ1)tZSu11(0Z2/1ctBAQQ22考虑到在微小河段，流量的沿程变化可以忽略，即认为在时刻有由非恒定流连续方程：知即，在时刻B断面出现了最高水位。由于AB是微小河段，在宏观上可看作同一断面，故最高水位出现在最大流量之后。0tALQ0tAtt0LQ232）最大流速出现在最大流量之前证：因最大流量出现时，，可知由于此时最高水位尚未出现，仍属涨水段，故说明最大流量出现之前流速已经开始减小，即最大流速已经出现过了。3）最大比降(最大涨率)出现在最大流速之前借用明渠均匀流公式dtdVAdtdAVdtdQVAQ0dtdQ0dtdVAdtdAV000dtdVdtdAdtdZSRCV24考虑到天然河道属宽浅型明渠，水力半径近似为水深，又河段较顺直，非恒定流时，流线近似平行，水流属渐变流。故表达河道中的非恒定流流速时误差不大，由此可得当最大流速出现时故最大流速出现时最高水位尚未出现，仍在涨水必有说明比降已经开始减小，最大比降已经出现过了。ShCVdtdhSCdtdShCdtdVVShCVShCV222220dtdV0dtdhSdtdSh0dtdh0dtdS25结论：洪水期各水力因素出现顺序为：⑷复式绳套中后一个绳套较前一个绳套偏左通常，把单次洪水所形成的绳套线称为单式绳套曲线。若一次洪水上涨后尚未退完，另一次洪水又接踵而至，形成连续洪峰，与此相应的洪水绳套曲线称复式绳套曲线。出现连续洪水时，因河道调蓄作用使河谷蓄水，导致后一次洪水的比降减小。因此，同水位的流量也较前一次洪水时小，这便使复式绳套中的后一绳套曲线较前一绳套位置偏左，如图的水位流量关系maxmaxmaxmaxZQVS26⑴冲淤情况分类1）不经常性冲淤冲淤变化只发生在几次较短时段以内，而两次冲淤变化之间的相当长时段内水位流量关系保持稳定，这种短时段内的冲淤称为不经常性冲淤。反映在水位流量、水位面积关系图上，其基本持点是关系点明显成为随时间分布的几个组带，冲淤期即为由一个组带向另一个组带的过渡时期，如图所示。2）经常性冲淤各次冲淤程度不同，没有比较确定的稳定阶段、这种冲淤便是经常性冲淤。反映在水位流量、水位面积关系图上，关系点分布非常散乱。273）普遍冲淤控制断面或控制河段出现均匀一致的冲淤，称为普遍冲淤。它的基本特点是冲淤前后横断面的形状相似，纵断面比降也基本一致。284）局部冲淤横断面形状在冲淤前后剧烈改变，或者纵断面冲淤变化交替出现，改变了河道的纵比降，称为局部冲淤。图8普遍冲淤图9局部冲淤29在水位流量、水位面积关系图上，曲线趋势在冲淤前后有所改变，其变动程度与冲淤严重程度有关。若冲淤不严重，即冲淤增减的面积占全断面比例较小，高水时有良好控制条件，则水位流量、水位面积关系曲线呈现扫帚形，若冲淤严重．则冲淤前后曲线形状可能有较大变化。⑵冲淤情况分析1）切线比较法稳定的水位面积关系曲线的斜率是水面宽的倒数，对于有冲淤发生的断面，此关系并不成立。在图10中,当水位增加dZ30，引起面积增加，若这时断面发生冲刷，冲刷引起的面积增量为，此时水位面积关系线的斜率为反之，淤积时面积增量为落水情况分析类似，水位下降引起的面积增量为冲刷时面积增量为淤积时面积增量为BdAdZdAdAdZdAdZ11211dA2dA2dABdAdZdAdAdZdAdZ1121涨冲涨淤2dA1dAdZBdAdZdAdAdZdAdAdZdAdZ112121落淤2dABdAdZdAdAdZdAdAdZdAdZ112121落冲31322）冲淤过程线法a.平均河底高程过程线法b.同水位面积过程线法ZtZ1Z2Z将水位和对应的断面移动到水位处，再计算面积，此即同水位面积的含义。1Z2ZZ333）横断面图比较法3.受变动回水影响的水位流量关系测流断面下游水体水位的变化，将导致该断面水面比降和流量的变化，在水位流量关系图上使同水位下比降或落差大的关系点偏右、小的偏左，下游水体水位的变化对水位流量关系的这种影响，称为变动回水影响。天然河流中，产生变动回水的原因一般有：洪水期干、支流的相互顶托，下游湖、库或海洋等水体水位的的变化，下游渠道闸门的启闭，下游河道壅水或水草丛生与冰凌阻塞等。34受变动回水影响的流量公式由曼宁公式同水位下两流量比值或公式意义：同水位下比较，落差大，流量大。2/13/21SARnQ2/121212/1212/123/22/113/22111ZZQQSSSRAnSRAnQQ2121ZZQQ基本水尺断面位于两比降断面中间基本水尺断面不位于两比降断面中间354.受水草及结冰水位流量关系水草生长的主要影响．是使过水面积减小，而糙率增大，因壅水使比降减小，从而导致流量减小。反映在水位流量关系图上，受水草影响的各关系点都分布在畅流期水位流量关系曲线的左侧。当测站受结冰影响时，因冰期水道的过水断面面积减小，糙率增大，也会使相同水位的流量减小，关系点也偏于畅流期水位流量关系曲线的左侧。5.受混合影响水位流量关系同一测站的水位流量关系，同时受到两种或两种以上因素的明显影响，称为受混合影响。例如，冲淤与洪水涨落，冲淤与变动回水，洪水涨落与变动回水混合影响等。36测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作高、低水部分的外延，才能得到完整的流量过程。1.根据水位面积、水位流速关系外延河床稳定的测站，水位面积、水位流速关系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。2.根据水力学公式外延此法实质上与上法相同，只是在延长Z～V曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部分的V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长部分的V值，并用平均水深代替水力半径R。由于大断面资料已知，因此关键在于确定高水时的河床糙率n和水面比降I。第二节流量数据处理二、Z~Q关系曲线的延长和移用（一