水文测验(水位流量关系)

一、水文测站的设立（1）埋设水准点，并引测其高程。水准点分基本水准点和校核水准点，均应设在基岩或稳定的永久性建筑物上，也可埋设于土中的石柱或混凝土桩上。前者是测定测站上各种高程的基本依据，后者经常用来校核水尺零点的高程。（2）测量河段地形（3）绘制地形胡和水流平面图；（4）依据地形图和水流平面图确定断面布设方向；（5）布设测验断面、基线、高程基点、各种测量标志。（6）设立各种观测设备（水位、流量等）；（7）填写测站考证簿。基线的布设：基线宜垂直于测流横断面，基线的起点应在测流断面线上；从测定起点距的精度触发，基线的长度应使测角仪器瞄准测流断面上最远点的方向线与横断面的夹角不小于30°（即基线长度l不小于河宽B的0.6倍）。一流量测量方法1、常规测流方法：过河索船侧法、、缆道法、桥测法、水工建筑物法、堰槽法、超声波法、SDCP法、浮标法、比降法和流量实时在线法。测量流量的方法很多，常用的方法为流速面积法，其中包括流速仪测流法、浮标测流法、比降面积法等。浮标法：是一种简便的测流方法。浮标测流的主要工作是观测浮标漂移速度，测量水道横断面，以此来推估断面流量。凡能漂浮在水面上的物体都可以制成浮标。浮标法测流原理：用水面浮标法测流时，测得的是浮标在水面上的漂移速度，将它与过水断面相配合，计算出断面虚流量，然后乘上浮标系数，才能得到断面实际的流量。浮标系数的确定：1）流速仪与浮标同时测速，分析确定；2）采用水位流量关系曲线上的流量与实际浮标虚流量，分析确定3）按河段及水流条件，选取经验浮标系数。2、水深的测量方法：直接用测深器具、间接测深、双频回声测深仪直接用测深器具：1）测深杆：适用于流速、水深都比较小的情况（水深10m（国际标准时5~6m），流速3m/s）2）测深锤：适用于水深、流速较大时，测深锤重量一般为5~10kg。3）测深铅鱼：有缆道或水文绞车的测站，可将铅鱼悬吊在缆道或水文绞车上测水深。水深读书可在绞车的计数器上读取。间接测深——（超声波测深仪）回声测深仪。原理：超声波自换能器A发射到达河底又反射回到换能器B，声波所经过的距离为2L，超声波的传播速度为c=1410+4.21T−0.037𝑇2+1.14𝑠。（已知）。当测得超声波往返的传播时间t时，可得单程距离：L=ct/2L，由图可知，水深L可用下式计算。h=√(𝐿2−𝐵2)+𝑎超声波测深仪具有精度好、功效高，且不易受天气、潮汐、和流速大小的限制等优点，但是在含沙量大或河床式淤泥质组成时，记录不清晰，不宜使用。双频回声测深仪（简称DFS）二、泥沙测验与计算1、悬移质：悬浮于水中并随水流移动2、推移质：沿河床滚动、滑动、跳跃。3、河床质：组成河床活动层并处于相对静止而停留在河床上。4、悬移质测验与计算描述悬移质常用的定量指标包括含沙量和输沙率。含沙量Cs—单位体积浑水内所含悬移质干沙的质量。Kg/m3.含沙量大小取决于地面径流对流域表土的侵蚀，它与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化、降雨强度以及人类活动等因素有关。输沙率Qs—单位时间内流过河流某断面的干沙质量。Kg/s断面输沙率可通过断面上的含沙量测验配合断面流量测量来推求。河流含沙量垂线分布均呈上小下大形式。变化梯度随泥沙颗粒不同而异。取样方法：若取自固定测点，称积点式取样；若在测线上由上到下（或上下往返）匀速移动，称积深式取样，该水样代表测深的平均情况。水样的处理过程：量积V、沉淀、过滤、烘干、称重Ws水样含沙量计算：𝐶𝑠=𝑊𝑠𝑉当含沙量较大时（大于20kg/m3），也可采用同位素测沙仪测量含沙量。它具有及时、不取水样等优点。1）稳定的水位流量关系曲线三曼宁公式曼宁公式的表示：流速V=1𝑛𝑅23𝑆12流量Q=A1𝑛𝑅23𝑆12其中，v表示断面平均流速，m/s；n为粗糙系数，糙率；R为水力半径，m；s为洪水比降，以小数计。水力半径指某输水断面的【过水面积】与【输水断面和水体接触的边长（湿周）】之比，湿周为过水断面上水流所湿润的边界长度。与断面形状有关，常用于计算渠道隧道的输水能力。断面平均水深代替水力半径的条件：【断面宽深比大于100】。平均水深h=𝐴𝐵其中：h为平均水深，A为过水断面面积，B为水面宽。当用平均水深代替水力半径时，流量Q1表示为：𝑄1=𝐴1𝑛(𝐴𝐵)32𝑆12两种计算方法计算流量成果的相对误差为δ=(𝑄1−𝑄)/𝑄,整理得：δ=(𝑋𝐵)23−1。对于较为普遍的“U”型断面，当B/h=66.3时，可采用断面平均水深代替水力半径进行计算，成果的系统误差不超过2%。四河道流量数据处理包括定线和推流两个环节，定线是指建立流量与某种或某两种以上实测水文要素间关系的工作；推流则是根据已建立的水位或其他水文要素与流量的关系来推求流量。1、河道流量数据处理内容编制实测流量成果表和实测大断面成果表；绘制水位~流量、水位~面积、水位~流速关系曲线；水位~流量关系分析与检验；整编逐日平均流量表及洪水要素摘录表；绘制逐时或逐日平均流量过程线；合理性检验；编制河道流量资料整编说明书。2、水位流量关系曲线的确定水位~流量关系分为稳定和不稳定两种3、Z~A曲线：Z=K1hα(α=1)【K1=B】1）河槽为矩形或U形，α=1,关系曲线为一直线；2）对于其他（三角形、梯形、抛物线型等），考虑一般形式，作概化处理，为凹向下方的单调增值曲线；3）河槽为复式断面时，当水位漫滩时，Z~A关系曲线发生突变；4）河槽处于两岸悬崖突出处（瓶口式），Z~A关系曲线发生反曲。4、Z~V曲线V=k2hβ(0β1)【K2=1𝑛𝑆12】1)流速随着水位的增加而增加；2)水位流速曲线为一条凹向上方的曲线；3)当h趋于无穷大时，流速随水位的增加增大甚微，因此，水位~流速关系曲线是一条以铅垂线为渐近线的凹向上方的曲线。5、Z~Q曲线Z=K3hλ(λ=1)【k3=k1k2】Z~Q为凹向下方的一条递增曲线6、稳定Z~Q关系的数据处理方法---单一曲线法1）判断单一曲线的标准：点绘Z~Q关系点据密集地分布呈一狭窄带状，且75%以上的中高水流速仪测速点据与平均关系线的偏离不超过±5%，75%的低水点或浮标测流点据偏离不超过±8%（流量很小时可以适当放宽）；关系点没有明显偏离。2）单一曲线法的定线方法：图解法（人工定线）和解析法（人工或计算机选配方程定线）。3）单一曲线法的定线步骤：①在同一张纸上分别点绘Z~Q,Z~A,Z~V关系曲线【3条曲线的比例尺选择，应使他们与横轴的夹角分别接近于45°、60°、60°，且互不相交；测点右侧注明测号；3条曲线左右顺序分别为Z~Q,Z~A,Z~V。】②分析三条曲线的特征【符合单一曲线的标准；有无特殊情况出现】③通过点群中心定一条单一线④进行曲线检验（仅对Z~Q）关系曲线；⑤高低水延长⑥编制流率表⑦推流。、7、水位流量关系曲线的计算机辅助率定1）利用Excel中的回归分析功能进行曲线拟合；2）水位流量关系曲线的自动定线与水文数据库建立联系，①人工摘录节点输入，水位流量关系线仍由人工在坐标图纸上完成描绘、检验、摘录，计算机根据人工输入的水位、摘录的水位流量节点，拟合方程，内插计算出水位相应的流量值，完成推流过程。②人机交互的可视化操作。依靠人工输入水位流量关系曲线节点，对计算机的利用水平比较低。数据的点绘、水位流量关系线的描绘、检验和节点摘录还需耗费大量的时间和精力。如果能引入图形的屏幕编辑功能，并将数据和成果在统一的数据库中实现联动，那么，计算机辅助应用就基本涵盖了流量资料整编的各个环节了。