第三章 水文测验及水文资料收集.ppt

第三章水文测验及水文资料收集 3 1概述 3 2水位观测及计算 3 3流量观测及计算 3 4流量资料整编 3 5河流泥沙的测算 3 6水文调查 3 7水文测验资料的收集 3 1概述 水文测验学是研究水资源中各种水文要素的测量 计算与资料整编的原理和方法的一门科学 即研究水文资料信息的搜集 处理 存贮和检索的一门科学 水文测验的根本任务是根据国民经济发展的需要 进行水文站网的规划 布设水文站 采用定位观测 巡回测验 水文调查等方法测定各种水文要素 包括水位 流量 水温 降水 蒸发 泥沙的观测以及泥沙颗粒分析 水质监测和分析 经分析整编 刊印成为系统的水文资料 如水文年鉴等 因此 水文测验工作也可称水文资料搜集系统 根据水文测验资料 可以掌握各地各种水文要素的变化规律 为水资源的研究评价和开发利用 防汛抗旱 水资源保护提供情报 为水利工程的规划设计和管理运用提供资料 为国防建设以及其他国民经济建设服务 水文站是进行水文测验的观测站 它是按国家水文测验规范的统一标准对指定地点的水文要素如水位流量泥沙降水蒸发水温冰凌水化学地下水等项目做系统观测并对资料进行整理 3 2水位观测及计算 观测常设备有水尺和自记水位计两大类 采用水尺观测时 水面在水尺上的读数加旧永尺零点高程即为水面水位 自记水位计可将水位变化的过程自动记录下来 一 水尺观测时记录水尺读数 水位按下式计算 水位 水尺零点高程 水尺读数式中 水尺零点高程是指水尺板上刻度起点的高程 可以预先测量出来 二 自记水位计自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来 不遗漏任何突然的变化和转折 有的还能将所观测的数据以数字或图像的形式远传室内 使水位观测工作趋于自动化和远传化 3 3流量观测与计算 流速仪定点测速由于河流断面上的流速是不均匀的 需分块计算平均流速和流量 首先用从水面至河底的数条垂线将测流断面划分成数块部分面积A1 A2 A 然后测出每块小面积上的平均流速 根据下式计算流量 1 部分面积测量部分面积的垂线也称测深垂线 测量各垂线上的水深一般采用测深锤深深杆 水深很深时亦可采用超声波仪器测深 由此可得各垂线水深H H Hn 部分面积计算采用梯形法 式中 b 为第 块部分面积水面宽度 而H Hn 0 2 部分面积平均流速测验测深垂线一般也是测速垂线 常用一点法 二点法 三点法和五点法四种 V m s H m 测速垂线流速分布图 各部分面积平均流速计算如下 中间部分两岸水边式中 称岸边系数 斜坡岸边 0 67 0 75 陡岸 0 8 0 9 死水边 0 5 0 37 在洪水期水位较高无法采用流速仪测流 或洪水调查时 常采用浮标测速方法 现在 一些测站应用超声波测速方式 观测断面流速和流量 当水文资料缺乏和不充分时 需进行洪水调查 3 4流量资料整编 观测以及分析计算出的水文资料可以整编成日 月 年平均水位和平均流量 汛期水位和流量过程 刊登于水文年鉴或水文数据库 稳定的水位流量关系 流量测验比较困难 而观测水位很容易 如果水位流量之间的关系较好 则可以借助水位推求流量 在河床稳定 控制良好的情况下 水位流量关系比较稳定 在方格纸上 以纵坐标代表水位 横坐标代表流量 将实测水位和流量的数据点绘上去 若点子分布成一带状 且有 以上的中高水流速仪测点与平均关系曲线的偏离不超过 则可以定为单一水位 流量关系曲线 3 5河流泥沙的测算 河流中的泥沙 按其运动形式可分三类 悬移质泥沙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 河床质泥沙则相对静止而停留在河床上 三者没有严格的界线 随水流条件的变化而相互转化 一般情况 河流中泥沙以悬移质为主 一 悬移质泥沙测验与计算 描述河流中悬移质的情况 常用的两个定量指标是含沙量和输沙率 单位体积内所含干沙的质量 称为含沙量 用Cs表示 单位为kg m3 单位时间流过河流某断面的干沙质量 称为输沙率 以Qs表示 单位为kg s 断面输沙率是通过断面上含沙量测验配合断面流量测量来推求的 一 含沙量的测验 式中Cs 水样含沙量 g L或kg m3 Ws 水样中的干沙重量 g或kg V 水样体积 L或m3 二 输沙率测验 输沙率测验是由含沙量测定与流量测验两部分工作组成的 畅流期的垂线平均含沙量的计算式为 三点法 式中Csm 垂线平均含沙量 kg m3 Csj 测点含沙量 脚标j为该点的相对水深 kg m3 Vj 测点流速 m s 脚标j的含意同上 Vm 垂线平均流速 m s a b 一点法的系数 由多点法的资料分析确定 无资料时可用1 0 断面输沙率计算 根据各条垂线的平均含沙量Csmj 配合测流计算的部分流量 即可算得断面输沙率Qs t s 为 式中qi 第i根垂线与第i 1根垂线间的部分流量 m3 s Csmi 第i根垂线的平均含沙量 kg m3 断面平均含沙量计算 断面平均含沙量 三 悬移质输沙量的计算根据多次实测的断面平均含沙量和单样含沙量的成果 以单沙为纵坐标 以相应断沙为横坐标 点绘单沙与断沙的关系点 并通过点群中心绘出单沙与断沙的关系线 图3 26 利用绘制的单沙断沙关系 可进一步计算日平均输沙率 年平均输沙率及年输沙量等 二 推移质泥沙测验 推移质输沙率是指单位时间内通过测验断面的推移质泥沙重量 单位为kg s 推移质取样的方法 是将采样器放到河底直接采集推移质沙样 由于推移质粒径不同 推移质采样器分为沙质和卵石两类 沙质推移质采样器适用于平原河流 我国自制的这类仪器有黄河59型和长江大型推移质采样器 卵石推移质采样器通常用来施测1 0 30cm粗粒径推移质 主要采用网式采样器 有软底网式和硬底网式两种 3 6水文调查 水文调查是补充定位观测的不足 使水文资料更加系统完整 更好地满足水资源开发利用 水利水电建设及其它国民经济建设的需要的一种有效手段 一 洪水的调查 洪水调查工作包括 调查洪水痕迹洪水发生的时间 灾情测量 洪水痕迹的高程 了解调查河段的河槽情况 了解流域自然地理情况 测量调查河段的纵横断面 必要时应在调查河段进行简易地形测量 对调查成果进行分析 推算洪水总量 洪峰流量 洪水过程及重现期 最后写出调查报告 当洪水痕迹高程确定以后 可推算出相应于此洪水位的洪峰流量 常用的方法有 1 水位流量关系法 如果调查河段附近有水文站 则可利用水文站的水位流量关系曲线加以延长 以求得洪峰流量 2 比降法 当能够确定调查河段的水面比降或者在没有水文站的河段上 可采用下式计算 式中A R可根据大断面资料求得 糙率n根据河段上河床的情况参考糙率表确定 也可根据附近河槽情况相似的水文站的糙率资料类比确定 I为洪水水面比降 二 暴雨调查 暴雨调查有两种 调查历史暴雨和调查现代暴雨 暴雨调查的主要内容有 暴雨成因 暴雨量 暴雨起迄时间 暴雨变化过程及前期雨量情况 暴雨走向及当时主要风向风力变化等 三 枯水调查 历史枯水的调查工作必须在水位极枯或较枯的时候才能进行 不象对洪水的调查那样 随时都可以进行 河流沿岸的古代遗址 古代墓葬 古代建筑物 记载水情的碑刻题记等考古实物以及文献资料 都是进行历史水文调查的重要资料 调查方法与洪水调查方法基本相似 一般比历史洪水调查更为困难 3 7水文测验资料的收集 水文资料是水文分析计算的基础 因此在进行水文计算时首先必须收集水文资料 水文资料的收集可归纳为两条途径 一是查阅水文主管部