水利信息技术第二章规划和前期准备.ppt

1 第二章规划和前期准备 水利测站 1 水利站网 2 水利信息的收集途径 3 2 第一节水利测站 一 测站二 测站的分类三 不同类型的监测站 3 第一节水利测站 在河流上或流域内设立的 按一定技术标准经常收集和提供水文要素资料的各种水利观测现场的总称 水利测站按目的和作用分为基本站 实验站 专用站和辅助站 一 测站的概念 二 测站的分类 4 基本站 基本站是为综合需要的公用目的 经统一规划而建立的水文测站 基本站的工作应根据国家颁布的水文测验技术规程进行观测 测验 获取的资料必须整编刊印或以其它方式长期存储 实验站 实验站是为深入研究某些专门问题而设立的水文测站 实验站也可兼作基本站 专用站 是为特定的目的而设立的水文测站 一般由部门自行设立 其观测项目 要求及测站的撤销与转移由该部门自行规定 辅助站 是为帮助某些基本站正确控制水文情势变化而设立的水文测站 辅助站的观测项目一定较少 第一节水利测站 5 基本站按测验项目可分为水位站 流量站 雨量站 蒸发站 泥沙站 水质站以及地下观测井等 流量站 通常称作水文站 均应观测水位 有的还兼测泥沙 雨量 水面蒸发 水质 水位站也可兼测雨量 水面蒸发 水文测站按控制面积大小可分为大河站 区域站 小河站 第一节水利测站 6 第一节水利测站 基本流量站的分类按精度分为三类水文站 一类精度站 精度应达到现有测验手段和方法所取得的可能精度 主要任务是收集 探索水文特征值在时间上和沿河长的变化规律上所需要长系列样本和防汛需要资料 一般布设在大河的干流上 二类精度站 精度可按测验条件拟定 任务是收集 探索水文特征值沿河长的变化规律上所需要的具有代表性的系列资料 一般为区域代表站 三类精度站 精度应达到设站任务的要求 任务是收集 探索小河在各种下垫面条件下 产汇流规律 径流变化规律及水文分析计算等所需代表性资料 一般设在有代表性的小河上 7 三 不同类型的监测站 第一节水利测站 8 9 10 11 第二节水利站网 一 水利站网及作用二 站网规划与调整三 布设原则 12 一 水利站网及其作用 水利站网 水利站网是在一定地区 按一定原则 用适当数量的各类水利测站构成的水利资料收集系统 由基本站组成的站网 称为基本水利站网 把收集某一项资料的水利测站组合在一起则构成该项目的站网 如流量站网 水位站网 雨量站网 蒸发站网 泥沙站网 水质站网 田间试验站以及地下观测井网等 通常所称的水利站网 就是这些单项观测站网的总称 第二节水利站网 13 第二节水利站网 因为单个测站观测到的水利要素其信息只代表了站址处的水文情况 而流域上的水利情况则须在流域内的一些适当地点布站观测 这些测站在地理上的分布网称为水利站网 广义的站网是指测站及其管理机构所组成的信息采集与处理体系 水利站网布站的原则是 通过所设站网采集到的水利信息经过整理分析后 达到可以内插流域内任何地点水利要素的特征值 这也就是水利站网的作用 14 二 水利站网规划 简称站网规划 与调整 站网规划 站网规划是制定一个地区 流域 水利测站总体布局的各项工作的总称 其基本内容有 进行水利分区 确定站网密度 选定设站位置 拟定设站年限 各类站网的协调配套 编制经费预算 制定实施计划 站网调整 由于大规模的人类活动会影响和改变天然河流的产流 汇流 枯水及来水条件 由于经济水平 测验手段的提高 以及由于人们对地区水文规律的认识加深 应定期或适时地分析检验站网存在的问题 进行站网调整 第二节水利站网 15 一 站网规划的内容 1 进行水文分区2 确定站网密度3 选定布设位置4 拟定设站年限5 各类站网的协调配套6 编制经费预算 制定实施方案 目的是在分区内布设区域代表站 以满足内插水文特征值 单位面积上水文测站的站数 是衡量地区发展水平的一个指标 第二节水利站网 16 二 水文分区 第二节水利站网 根据地区的气候 水文特征和自然地理条件所划分的不同的区域称为水文分区 高大的山脊 山地到平原的转折 湖泊 沼泽 水网 荒漠的边缘 地质 土壤 植被和地貌形态等发生显著变化的地点 常可作为分区的边界 如果有一定数量的测站和一定实测年限的水文资料时 应以内插水文要素某一精度指标为依据 确定水文分区 17 三 基本水利站网的布设原则 一 基本流量站网的布设原则由于河流有大小 干支流的区分 因此流量站网的布设原则也不相同 控制面积在3000平方公里以上的大河干流流量站 称为大河控制站 干旱区在300 500平方公里以下 湿润区在300平方公里以下的河流上设立的流量站 称为小河站 其余天然河流上设立的流量站 称为区域代表站 第二节水利站网 18 大河控制站的主要任务 为江河治理 防汛抗旱 制定大规模水资源开发规划以及重大工程的兴建 系统的收集资料 小河站的主要任务 是为研究暴雨洪水产流 汇流 产沙 输沙的规律而收集资料 在大中河流的空白地区往往也需要小河站来补充 满足地理内插和资料移用的需要 区域代表站的主要作用是控制流量特征值的空间分布 探索径流资料的移用技术 解决任何水文分区内任意地点的流量特征值 或流量资料的内插与计算问题 第二节水利站网 19 线的原则适用大河站的布设原则 在干流沿线布站 相邻站址距离要满足径流特征值沿河长插补的精度要求 两站之间的径流内插误差控制在 5 10 并满足沿河长进行水文情报预报的要求 因此数量不能过少 由此可确定布站数量的上限 由于实测流量均有误差 上 下游相邻站之间如果距离太小 则很难区分沿河长的径流变化与测验误差之间的差别 要求两站之间的径流变化率在10 15 之间 由此可确定布站数量的下限 第二节水利站网 20 第二节水利站网 21 22 设分别代表水文站1 2 3 4的年平均径流量和控制面积 则要求满足 自然地理比较一致时 可用面积代替径流计算 即 第二节水利站网 23 区域原则适用于区域 中 小河流 代表站的布设原则 根据气候 下垫面等自然地理因素或年降水与径流关系以及流域模型的产 汇流参数等因素综合考虑进行水文分区 在水文分区内选择代表性较好的流域布设测站 这就是区域原则 适用于流域面积为200 5000 南方的流域为200 3000 的中 小流域 这些站的资料 可以用来进行相似河流的水文计算或移用到下垫面条件相似的无资料地区 在进行具体分区时 要根据各地实际情况而定 以下一些地点 是较好的水文区界 高的分水岭 第二节水利站网 24 对潮湿空气起阻碍作用 使迎风面与背风面的降水发生明显变化 地形转折点 如平原 丘陵 山区的分界处 植被条件变化界 如林区 草原区 农业区等分界处 地质条件显著变化界及较大面积的湖泊区 沼泽区的区界等 在任意水文分区内 沿径流深等值线的梯度方向 布站不宜过密 也不宜过稀 决定站网密度下限的年径流特征值内插 允许相对误差采用 5 10 决定站网密度上限的年径流特征值递变率 采用10 15 对于分析计算较困难的地区 在水文分区内 可按面积进行分级 一般情况下 分为4 7级 每级设1 2个站 第二节水利站网 25 分类原则适用于小河站的布设原则 小河流数目众多 用区域原则布站不经济 虽然这类小河流域特性差异较大 但小流域的植被 土壤 地质等因素比较单一 占主导地位的单项因素因素 较灵敏地直接影响径流的形成和变化 流域越小 单项因素的影响越显著 因此 应按下垫面分类原则来布站 即按自然地理条件如湿润地区 沙漠 黄土高原等划分大区 按植被 土壤 地质等下垫面因素进行分类 同一类型按流域面积大小分级 并考虑流域坡度 形状等因素进行布站 布站的数量 以能妥善确定产 汇流参数的要求为准 据此布设的小河站所收集的资料 可移用到无水文资料的相似小河上 第二节水利站网 26 二 基本水位站网的布设原则布设水位站网的目的用以控制水位沿河流 水库湖泊上的转折变化 布设水位站网的原则 相邻站之间的距离下限 落差不被观测误差所淹没 相邻站之间的距离上限 满足内插精度要求 满足防汛抗旱 分洪滞洪 引水排水 水利工程及交通运输工程的管理运行需要 第二节水利站网 27 布设水位站示意图 三 基本泥沙站网布设原则布设泥沙站网的目的为流域规划 水库闸坝设计 防洪与河道整治 灌溉放淤 城市供水 水利工程的管理运用 水土保持效益的估计 探索泥沙对污染物的解吸与迁移作用 以及有关的科学研究提供基本资料 第二节水利站网 28 布设泥沙站网的原则泥沙也分大河站 小河站及区域代表站 区域大河站布站原则 以控制多年平均输沙量的沿程变化为主要目标 区域代表站和小河站布站原则 控制输沙模数为主要目标 采用与流量站网布设相类似的原则确定布站数量 第二节水利站网 29 四 布设雨量站网的原则 第二节水利站网 能控制面雨量的精度 在雨洪区 暴雨区站网应较密 在干旱区 非暴雨区可较稀 雨量站在面上的分布要均匀 且应考虑在不同高度上的分布 尤其是对降水有明显影响的分水岭 要在不同高度上布站 应满足流量站网 蒸发站和地下水站网的配套要求 30 五 布设蒸发站网的原则 第二节水利站网 在面上分布要大致均匀 以满足绘制年蒸发量 部分地区为月总量 等值线图的要求 在蒸发量变化较大的滨海区 蒸发总量较大的干旱区 大型水体较多的湖泊 水库区及大型灌区等应适当加密 在高程起伏变化较大的山区 为保证相邻蒸发站间相对的高程差不致过大 也应适当加密 31 六 布设水质站网的原则 第二节水利站网 水质站一般布设在干流控制段 较大支流汇入口 大型或重要水体出入口 入海河流的河口处 河流出入国境的把口处 大中城市附近 工矿企业集中区 大型灌区及风景区 不同地质区 泉水丰富区 地方病发病区和自然资源保护区等 32 第三节水利信息的收集途径 一 收集任务与途径二 测站的设立三 水利调查 33 1 水利信息收集工作的任务是 根据国民经济发展的需要 进行水文站网的规划与测站布设 通过定位观测 巡回测验 水文调查等方法 对各种水文要素 如水位 水温 冰情 流量 泥沙 降雨 蒸发 水质等 农田情况进行定位观测和分析 经整编 刊印 或存储 成为系统水文资料 如水文年鉴等 直接为农业与水利水电工程规划 设计与运行管理等提供水利信息 为国防建设及其它国民经济建设服务 第三节水利信息收集的途径 一 收集任务与途径 34 2 收集水利资料的基本途径按测验工作方式的不同 收集水利资料的基本途径可分为驻测 巡测和水利调查 驻测 所谓驻测 就是水利观测人员常驻河流或流域内的固定观测站点上对流量 水位 降水量等水文要素所进行的观测 驻测是我国收集水利资料最基本的方式 所收集的大量水文资料 在国民经济建设中发挥了巨大的作用 第三节水利信息收集的途径 35 巡测 巡测是水文观测人员以巡回流动的方式定期或不定期地对一个地区或流域内的各观测点进行流量等水利要素的观测 巡测是解决测站无人值守问题的重要手段 无人值守测站 根据资料传输方式的不同可分为遥测及非遥测两种 非遥测站是定期派人到测站取回资料 检查维修仪器设备 定期或不定期地进行巡测 所获得的资料是滞时资料 第三节水利信息收集的途径 36 遥测站是利用现代化的测验通讯手段施测和传送资料 并可以经常监视测站仪器的运转情况所获得的资料是实时资料 水利调查 水文调查是为弥补水利基本站网定位观测的不足或其它特定目的 采用勘测 调查 考证等手段而进行的收集水利数据及有关资料的工作 因此 水利调查是水利测验工作的重要组成部分 第三节水利信息收集的途径 37 设站工作的内容 主要内容有 设置水准点并引测其高程 绘制地形图和水流平面图并据此确定断面方向 布设测验断面 基线与高程基点 布置各种测量标志 建立水位观测设备 测流设备及其它各种辅助观测设备 填写测站考证簿 1 断面的布设根据不同用途 水文站应布设 基本水尺断面 流速仪测流断面 浮标测流断面及上 下辅助断面 比降断面 包括上 下比降断面 断面布设如下图所示 第三节水利信息收集的途径 二 测站的设立 38 第三节水利信息收集的途径 二 测站的设立 39 第三节水利信息收集的途径 二 测站的设立 2 流速仪测流断面的布设流速仪测流断面应选择河岸顺直 等高线走向大致平顺和水流集中的河段中央 最好与基本水尺断面 浮标中断面和比降断面重叠布设 配合使用 测流断面应与流向垂直 当流向偏角超过10度是 应布设新的垂直于流向的断面 但新断面于原断面之间不应有水量加入或流出 40 第三节水利信息收集的途径 二 测站的设立 3 浮标法测流断面的布设浮标法测流断面应布设浮标上 中 下断面 浮标测流的中断面宜与流速仪法测流断面和基本水尺断面重合 上 下浮标断面必须平行于浮标中断面并等距 上 下浮标断面间距离的决定主要取决于测速时的记时误差 上 下浮标断面间的测距误差及对测速精度的要求 记时误差为1秒 忽略测距误差及测速误差要求不超过2 时 上 下浮标间的距离应不小于50倍的最大断面平均流速 41 第三节水利信息收集的途径 二 测站的设立 4 比降断面的布设比降断面一般设置在基本水尺断面的上 下游 设比降上 中 下断面 当断面上水面有明显的横比降时 应在两岸设立水尺观读水位 上 下比降断面的间距 应使水面落差远大于落差的观测误差 5 基线的布设在测验河段进行水位测验时 用经纬仪或六分仪测角交会法推求测验垂线在断面上的位置 起点距 而在岸上布设的线段 称为基线 42 第三节水利信息收集的途径 三 水利调查方法与设备 根据调查的内容和目的的不同 水利调查可分为4类 流域基本情况调查 以系统掌握流域基本情况建立调查档案为目的而进行调查 水量调查 以解决受人类活动影响的水文资料的还原或水量平衡计算为目的的水量调查 暴雨 洪水及枯水调查 以完整地收集各站水文征值资料为目的而进行的暴雨 洪水及枯水调查 专项水利调查 为专门目的需要而进行的调