第4章 流量测验.ppt

第4章流量测验,4.1概述,流量是单位时间内通过某一过水断面的水体体积，单位以m3/s计。流量是反映水资源和江河湖库水量变化的基本资料，也是河流最重要的特征值。,4.1.1流量测验方式、方法1、测验方式（1）驻测。是水文专业人员驻站进行水文测报的作业方式，是目前水文站采用的主要测验方式。集水面积在10000km2以上的一类精度站和集水面积小于10000km2，且不符合巡测、间测条件的各类精度水文站，实行常年驻测或汛期驻测。（2）巡测。是水文专业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各观测点的流量等水文要素进行的观测作业方式。集水面积小于10000km2的各类精度的水文站，在符合相关条件时，流量测验可以实行巡测。,（3）遥测。是以有线或无线通信方式，将现场的水文要素的自动观测值传送至室内的技术和作业。在满足精度的条件下，尽可能采用巡测和遥测等方式，以便提高工作效率，减少人力物力的消耗。（4）间测。是水文测站资料经分析证明两水文要素（如水位流量）间历年关系稳定或其变化在允许误差范围内，对其中一要素（如流量）停测一段时期后再行施测的测停相间的测验方式。集水面积小于10000km2，有10年以上资料证明实测流量及相应水位的变幅已控制历年（包括大水、枯水年份）水位变幅的80%以上，历年水位流量关系为单一线，若符合相关条件的各类精度水文站，可以实行间测。,2、测验方法（1）流速面积法：流速仪测流法、动船法、浮标测流法、航空测流法（2）水力学法：水工建筑物测流、堰槽测流、比降面积法（3）化学法（4）物理法：超声波法、电磁法、光学法（5）直接法,4.1.2测次的布置1、水文站一年中的测流次数，根据高、中、低各级水位的水流特性，测站控制条件、测验精度、定线推流要求以及需求等综合确定，能够准确掌握各个时期的水情变化、合理控制各级水位和水情变化过程转折点；当发生的洪水、枯水超出历年实测流量的相应水位时，对超出部分增加测次。2、潮流量测验，根据试验资料确定的各代表潮期合理布置测次。每个潮流期内潮流量的测速次数，应根据流速变化的大小、缓急程度适当分布，能够准确掌握全潮过程中流速变化的转折点。,3、结冰河流的测验次数及分布，能够控制流量变化过程或冰期改正系数变化过程。流冰期小于5d者，1d2d施测一次；超过5d者，2d3d施测一次。稳定封冻期测次可以较流冰期适当减少。封冻前和解冻后可酌情加测。对流量日变化较大的测站，应通过加密测次，进行试验分析确定一日内的代表性测次时间。4、对新设测站初期的测流次数，应适当增加。,4.1.3流量测验的工作内容1、准备工作2、水位观测3、水道断面测量4、流速测量5、现场检查6、计算、整理、分析,4.1.4水位级的划分以频率分析计算作为水位级划分的基本依据，频率Pm/(n+1)。一类精度站采用年特征值法划分水位级二、三类精度站采用典型年法划分水位级,4.2断面测量,4.2.1大断面测量的一般要求新设测站的基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标中断面和比降断面均应进行大断面测量，测量的范围应为水下部分的水道断面测量和岸上部分的水准测量。水道断面的水深测量结果，应换算为河底高程。岸上部分应测至历年最高洪水位以上0.51.0m。,测流断面河床稳定的测站，水位与面积关系点偏离关系曲线应控制在3%范围内，并可在每年汛前或汛后施测一次大断面。河床不稳定的测站，应在每年汛前或汛后施测一次大断面，并在当次洪水后及时施测过水断面部分。大断面和水道断面的起点距应以高水位时的断面桩作为起算零点。两岸始末断面桩之间总距离的往返测量不符值不应超过1/500。大断面岸上部分的高程应采用四等水准测量。,4.2.2断面测量的内容1、断面测量内容断面定义：垂直于河道或水流方向断面称之横断面（简称断面）。断面与河床的交线，称河床线。水位线以下与河床线之间所包围的面积，称为水道断面，它随着水位的变化而变动；历史最高洪水位与河床线之间所包围的面积，称为大断面，它包括水上、水下两部分。断面测量的内容是测定河床各点的起点距（即距断面起点桩的水平距离）及其高程。对水上部分各点高程采用四等水准测量；水下部分则是测量各垂线水深并观读测深时的水位。,2、测量时间大断面测量宜在枯水期单独进行，此时水上部分所占比重大，易于测量，所测精度高。水道断面测量一般与流量测验同时进行。3、测量次数新设测站的基本水尺断面、测流断面、浮标断面、比降断面均应进行大断面测量。设立后对于河床稳定的测站（水位与面积关系点子偏离曲线小于3%），每年汛期前复测一次；对河床不稳定的站，除每年汛前、汛后施测外，并应在每次较大洪峰后加测，以了解和掌握断面冲淤变化过程。4、精度要求大断面岸上部分的测量，应采用四等水准测量。对地形复杂的测站可低于四等水准测量。,4.2.3水深测量1、测深垂线的布设（1）垂线的布设原则测深垂线的布设易均匀分布，并应能控制河床变化的转折点，使部分水道断面面积无大补大割情况。当河道有明显漫滩时主槽部分的测深垂线应较滩地为密。,（2）对测深垂线数目的规定大断面测量水下部分最少测深垂线数目，见下表。对新设站，为取得精密法测深资料，为以后进行垂线精简分析打基础，要求测深垂线数不少于规定数量的一倍。,2、水深测量水深测量在施测开始和终了时，应各观测或摘录水位一次。（1）测深杆测深适用于水深h小于10m，流速V小于3.0m/s的河流。（2）测深锤测深适用于水深、流速较大的河流，测深锤重量一般为510kg。,（3）铅鱼测深水深的测读方法：直接读数法、游尺读数法、计数器计数法。铅鱼测深应在铅鱼入水后偏角小于5时进行，偏角大于5时或流速大于3m/s时不宜使用铅鱼测全水深。入水后偏角大于5时，施测相对测点深应加入偏角改正值作为参考水深。测深时应分别读记水面,河底的悬索偏角,每点连续观测两次取其平均值。（4）超声波测深仪测深,手持式超声波测深仪,一般技术性能：静水测深范围：0.499.99m测深误差：0.5%2cm盲区：40cm，适应流速：5mS水温修正范围：130测深方式：单次、自动重复电源：DC6、12V工作温度：045使用频率：单频，小于200k,船用超声测深仪,纸记录式数字式,SDE-28测深仪,SDE-28测深仪是集液晶显示器，工控板，测深板，数据处理器、机内存储单元、各种接口和输入输出设备于一体的工控型数字化测深仪。仪器的主要性能与技术指标：工作频率：200KHZ发射角度：7度发射功率：200W分高、中、低可选，也可自动；声速范围：1300m1650m/s可调测量深度：0.39300m测深精度：2cm0.1%吃水范围：010m串口输出：仿真多种格式，波特率可调；数据回放和打印功能：测深数据和图像同步记录，具有横轴比例的数据硬拷贝打印功能；分辨率：1cm供电方式：直流12V或交流220伏两用；功耗：25W主机I/O接口：2个COM口、2个USB口、一个打印并口、一个VGA口；工作环境：-3060,防尘、防水、抗震；,测量范围：0.840m超声波频率：100kHz精度：1%0.1m适用最大流速：5m/s最大含沙量：30kg/m3,缆道超声测深仪,4.2.4起点距的测定起点距是指测验断面上的固定起始点至某一垂线的水平距离。1、断面索观读法2、经纬仪交会法,3、极坐标交会法4、计数器测距法（水文缆道）（1）测距前将行车开至断面起始位置，同时将测距计数器读数复零。（2）测距时铅鱼宜按测速垂线号顺序进行。（3）测量完毕后应将行车开回至断面起点距为零处，检查计数器是否回位，回位误差不应超过河宽的2%。,4.2.5断面资料的整理与计算1、测深偏角的改正（1）测深偏角改正的原理,（2）测深偏角改正方法1）直接测读湿绳长度时，当偏角大于10，根据悬索直径、铅鱼重量，查表得湿绳改正值，则。2）用计数器或游尺计数法测读湿绳长时，当偏角大于10，应作干、湿绳改正。其改正方法根据悬索支点至水面的高差D与测得水深的比值确定。当比值小于表中所列数字时，只作湿绳长度改正；当比值大于表中所列数字时，应作干、湿绳长度改正；当偏角小于10但干绳长度改正数超过水深的12时，仍须作干绳长度改正，不必作湿绳长度改正。干绳长度改正值为，改正后的正确水深为,（3）缆道测深的偏角改正缆道测深、测速时受水流冲击力的作用，使悬索偏斜及支点变位抬升，导致测量误差。其水深必须进行改正。水深计算公式为式中：缆道测深干绳长度改正值。缆索位移改正值。从公式可知，缆道测深偏角改正包括悬索干绳长度改正、湿绳长度改正及缆索位移改正三部分。当偏角大于5时，进行干绳长度改正及缆索位移改正；当偏角大于10时，还进行湿绳长度改正。,2、工作内容（1）水上部分测量成果的整理水上部分的水准测量与起点距实测成果，应按一般水准测量的要求进行内业工作，提出各点次的高程并附相应的起点距测算成果。（2）水下部分测量成果的整理水下部分的水深测量、垂线起点距及水位观测资料的资料方法，应与外业的不同测法相适应。求出各垂线的河床高程及起点距。（3）大断面图的绘制以各垂线处河底高程为纵坐标，起点距为横坐标，绘制大断面图。（4）水位与面积关系曲线的绘制以分级水位为纵坐标，相应的面积为横坐标，点绘关系曲线。,3、大断面面积计算,4.2.6断面测量误差的来源与控制1、误差的来源（1）水深测量误差波浪或测具阻水较大，影响观测；水深测量位置断面线；悬索的偏角较大；测杆或测锤陷入河床；超声波测深仪的声速设置与实际声速有差异；水深测量的仪器设备在施测前未按要求进行检查和校测。,（2）起点距测量误差基线丈量的精度或基线的长度不符合要求；断面索的伸缩和垂度的变化施测不准；使用经纬仪交会施测时，后视点观测不准或仪器发生位移；使用六分仪交会施测时，测船的摇晃使定位不准；卫星信号差造成定位不准；测点偏离断面线；仪器的观测和校测不符合规范要求。,2、误差的分析测深垂线的位置应布置在河床变化的转折处，要有足够的垂线数以控制河床变化的转折点。,1、垂线数目与断面面积相对误差关系2、关系曲线,3、误差的控制在大断面测量过程中，必须按照操作规程施测，控制和消除测量误差。（1）当有波浪影响观测时，水深观测不应少于3次，并取其平均值；（2）水深和起点距测量的位置控制在测流横断面线上；（3）使用铅鱼测深，悬索偏角超过10时应作偏角改正，当偏角过大时，在悬索可承受范围内，更换较大铅鱼；（4）应选用合适的超声波测深仪；（5）对测宽、测深的仪器和器具应进行校正。,4.3流速脉动与流速分布,4.3.1流速脉动现象的基本原因水流在河流中运动，受到河道断面形状、坡度、糙率、水深、弯道以及风、气压等许多因素的影响，使水流大多呈紊流状态。紊流内水质点的流速，不论其大小、方向都是随时间不断变化的，这种现象称为流速脉动现象。流速随时间不断变化，但它的时段平均值是稳定的，这是流速脉动的重要特性。,4.3.2河道中流速分布规律1、垂线上的流速分布自由水面的流速大于河底，且曲线呈一定形状。影响流速曲线形状的因素很多，如糙率、冰冻、水草、风、水深、上下游河道形势等。（1）抛物线型流速分布曲线（2）对数型流速分布曲线（3）椭圆型流速分布曲线,(a)抛物线型垂线流速分布曲线(b)对数型垂线流速分布曲线,2、横断面的流速分布横断面流速分布受到断面形状、糙率、冰冻、水草、风、水深、河流弯曲形势等因素的影响。河底与岸边附近流速最小；水面流速，近岸边的小于中泓，在最大水深处流速最大；垂线上最大流速，出现在水面至相对水深0.2的范围。封冻期则由于盖面冰的影响，对水流阻力增大，最大流速从水面移向半深处，等流速曲线闭合状。垂线平均流速沿河宽的分布曲线的形状与断面形状相似。,某测站等流速曲线示意图,垂线平均流速沿河宽分布,3、流量模的概念,4.4流向测量,4.4.1流向测量的时机1、新设的水文站。2、在有斜流或流向变化较大的河流，测速的同时必须测流向。3、在海洋和湖泊测速，必须同时测定流向。4、在某些情况下，流向测量可作为一项独立的任务。5、流向是指水平流向的方位。,4.4.2测定流向的仪器,1、同步流向仪2、电阻式流向仪,4.4.3流向资料的整理,1、垂线平均流向的确定,2、断面平均流向的确定,4.5流速仪法测流,4.5.1流速仪的种类和型式一般常用的流速仪，是机械式转子流速仪。转子式流速仪分为旋杯式和旋桨式两种。1、转子式流速仪的工作原理,2、流速仪流速计算公式式中：v水流速度m/sT测速历时(100s)N旋转器在T秒内的总转数K水力螺距，表示流速仪的转子旋转一周时，水质点流动的长度。C附加常数，表示仪器在高速部分内部各运动件之间的摩阻，为仪器的摩阻常数。,3、转子式流速仪的分类,（1）旋杯式流速仪（2）旋浆式流速仪构成：感应部分、支承系统、构成：旋转部件（感应部分、信号系统、尾翼支承系统、信号系统）、身架、尾翼,图：旋桨流速仪旋转部件结构1-旋桨；2-反牙齿轮套；3-导管螺帽；4、5、8、9球轴承；6-外套；7-内套；10-旋转轴；11-轴套；12-接触齿轮；13-接触丝；14-接触销,4、流速仪的保养、比测与送检基本要求（1）流速仪保养1）流速仪在每次使用后，应立即按仪器说明书规定的方法拆洗干净，并加仪器润滑油；2）流速仪装入箱内时，转子部分应悬空搁置；3）储藏备用的流速仪，易锈部件应涂黄油保护；4）仪器箱应放于干燥通风处，并应远离高温和有腐蚀性的物质。仪器箱上不应堆放重物；5）仪器所有的零附件及工具，应随用随放还原处；6）仪器说明和检定图表、公式等应妥善保管。,（2）流速仪的比测比测的目的:通过比测，了解流速仪性能和灵敏度是否发生变化，以决定是继续使用，还是送厂检修。比测的要求1）流速仪在使用50-80h时应比测一次；2）比测宜在水情平稳的时期和流速脉动较小、流向一致的地点进行；3）常用流速仪和备用流速仪应在同一测点深度上同时比测，两仪器间的净距不小于0.5m，在比测过程中，应变换仪器的位置；4）比测点不宜靠近河底、岸边或流速紊动强度较大的地点；5）不宜将旋桨式流速仪和旋杯式流速仪进行比测；6）每次比测应包括较大较小流速且分配均匀的30个以上测点。,（3）流速仪的送检1）没有比测条件的站，仪器使用2年后应重新检定；2）当发现流速仪运转不正常或有其他问题时，应停止使用。超过检定日期2年以上的流速仪，虽未使用，亦应送检。,5、采用流速仪法测流应具备的条件（1）断面内大多数测点的流速不超过流速仪的测速范围；（2）垂线水深不应小于用一点法测速的必要水深；（3）在一次测流的起讫时间内，水位涨落差不应大于平均水深的10%；水深较小和涨落急剧的河流不应大于平均水深的20%；（4）流经测流断面的漂浮物不应影响流速仪的正常运转。,4.5.2流速仪法测流的流量计算原理河流横断面上的流速分布是不均匀的，可用函数式表示，则全断面的流量用积分法求得：全断面的流量为。,4.5.3测速垂线的布设1、测速垂线布设的原则能控制断面地形和流速沿河宽分布的主要转折点。2、测速垂线数目,3、具体要求（1）宜沿断面均匀布设，并能控制断面地形和流速沿河宽分布的主要转折点（如有必要适当增加测深垂线），无大补大割。（2）复式断面，主槽应较滩地为密。（3）断面形状或流速横向分布随水位级有明显变化时，可按高、中、低水位级分别布设测速垂线。（4）测速垂线位置应固定，遇有特殊情况时，应及时调整。,4.5.4流速测量的基本方法1、根据布设垂线、测点的多少分为精测法在较多的垂线和测点上用精密的方法测速，以研究各级水位下测流断面的水力要素的特点，为精简测流提供依据，即是多点多线的测流方法。常测法在保证一定精度下，经过精简分析，或直接用较少的垂线、测点测速。简测法为适应特殊水情，在保证一定精度下，经过精简分析用尽可能少的垂线、测点测速。,2、积点法测速与测速点位置选择（1）积点法测速积点法测速就是在断面的各条线上将流速仪放在许多不同的水深点处逐点测速，然后计算流速、流量。,流速仪测速的适用水深,（2）垂线上测速点位置选择的依据垂线流速分布的对数型分布：从河底向水面算起的相对水深,（3）测点布设的规定1）一条垂线上相邻两测点的最小间距不宜小于流速仪旋桨或旋杯的直径。2）测水面流速时，流速仪转子旋转部分不得露出水面。3）测河底时，应将流速仪放至0.9水深以下，并应使旋转部分的边缘离开河底25cm。测冰底或冰花底时应离开5cm。,3、积深法测速积深法测速不是流速仪停留在某点上测速，而是流速仪沿垂线均匀升降而测得流速。该方法可直接测得垂线平均流速，减少测速历时，是简捷的测速方法，故常测法、简测法测流时，可用积深法测速。4、积宽法测速将流速仪安置在水下某一固定深度（或一定相对水深），由缆道沿横断面方向以均匀速度输送仪器运行，同时记录仪器从一岸到另一岸所需的时间和流速信号。,5、水文缆道测速（1）铅鱼悬吊的要求1）铅鱼宜采用单点悬吊或“八字型”悬吊，用“八字型”悬吊时，悬吊点不宜用固接方式联结，以保证铅鱼重心能自由调整。2）铅鱼悬吊后，应在水中保持水平，铅鱼轴线与水平线夹角不得大于3，铅鱼入水后应保持稳定，如有摆动现象，应适当加长尾翼长度。（2）流速仪安装的要求1）流速仪应安装在铅鱼头部前方，流速仪距铅鱼头部的水平和垂直距离，应大于二倍铅鱼最大直径。2）流速仪在水中应保持水平状态，并能自由转动。3）拉偏缆道的流速仪应不受拉偏索的影响。（3）选点法：缆道测速的主要方法,6、死水区、回流区的流速测量（1）死水区的断面面积不超过断面总面积的3%时，死水区可作流水处理；死水区的断面面积超过断面总面积的3%时，应根据以往的测验资料分析确定或目测决定死水边界。死水区较大时应用低流速仪或深水浮标测定死水边界。（2）断面回流量未超过断面顺流量的1%且在不同时间内顺逆不定时，可只在顺逆流交界两侧布置测速垂线测定其边界，回流可作死水处理；当回流量超过断面顺流量的1%时，除测定其边界外，还应在回流区内布设适当的测速垂线，并测出回流量。,7、测速历时（1）流速脉动与测点至河底的距离有密切关系，距河底越近，脉动越大，流速的误差也越大。（2）流速脉动产生的误差，随着测速历时的减少而逐渐加大，历时越短，其误差的递增率也越大。一般情况下，每一测速点的测速历时不短于100秒，其流速相对误差约为24。,4.5.5其他项目观测1、水位观测（1）当测流过程中水位变化平稳时，可只在测流开始和终了各观测或摘录水位一次。（2）当测流过程中水位变化较大可能引起水道断面面积变化较大时；平均水深大于1m，断面面积变化超过5%，或平均水深小于1m断面面积的变化超过10%的测站，应按能控制水位过程且满足相应水位计算的要求，增加观测或摘录水位的次数。（3）当测流过程可能跨过水位过程线的峰顶或谷底时，应增加观测或摘录水位的次数。,2、水面比降的观测（1）需要取得河床糙率资料时。（2）山区河流，当遇到洪水测流无法保证时。（3）受变动回水影响，未直接通过实测掌握流量变化过程，而又没有辅助水位时。（4）分析研究水位与流量关系时。设有比降水尺的测站，应根据设站目的观测比降水尺水位。当测流过程中水位变化平稳时，可只在测流开始观测一次；当水位变化较大时，应在测流开始和终了各观测一次。,4.5.6流量计算的方法1、图解法（1）计算各垂线的起点距、水深及河底高程，在方格纸上绘制断面图。（2）计算测点流速，在斜流时应作流向改正。（3）绘制出各测速垂线的垂线流速分布曲线，用求积仪或数方格法量出垂线分布曲线与纵坐标所包围的面积为，经比例尺换算后，得到垂线流量（m2/s），垂线流量除以水深得到垂线平均流速，即（4）在横断面图上方绘出与的横向分布曲线（即沿河宽的分布曲线），用求积仪或数方格法量出的横向分布曲线与横坐标零线（水面线）所包围的面积，经比例尺换算后得到断面流量。同理，用求积仪或数方格法量出河床线与横坐标零线（水面线）所包围的面积，经比例尺换算后得到断面面积。（5）推求断面平均流速,图解法计算流量示意图,2、分析法,方法是：点流速垂线平均流速部分平均流速乘以对应的部分断面面积部分流量全断面流量,（1）垂线平均流速的计算（垂线上无回流）一点法二点法三点法五点法六点法十一点法,（2）部分平均流速的计算部分平均流速是指两测速垂线间的部分平均流速，以及岸边或死水边与断面两端测速垂线间部分平均流速。1）中间部分平均流速等于相邻两垂线平均流速的平均值。2）岸边部分平均流速可由紧靠岸边的那条测速垂线的平均速度乘以岸边系数。,（3）部分面积的计算部分面积是以测速垂线为分界。岸边部分按三角形计算，中间部分按梯形计算。（4）部分流量的计算由各部分的部分平均流速与部分面积之积可得到部分流量。（5）断面流量及其他水力要素的计算断面面积为各部分面积之和。断面流量为断面上各部分流量的代数和。断面平均流速,水文测验常用各水力要素的单位和数字取用位数规定一览表,（6）相应水位的计算,相应水位是指在一次实测流量过程中，与该次实测流量值相等的某一瞬时流量所对应的水位。1）算术平均法在测流过程中水位变化引起水道断面面积的变化，当平均水深大于1m时不超过5%；或当平均水深小于1m时不超过10%，可取测流开始和终了两次水位的算术平均值作为相应水位；当测流过程跨越水位峰顶或谷底时应采取多次实测或摘录水位的算术平均值作为相应水位。,2）加权平均法式中：相应水位；测速垂线所代表的水面宽度。等于该垂线两侧两个部分宽的平均值，在岸边垂线上，为水边至垂线的间距与该垂线至下一条垂线间距的一半之和；第i条垂线的垂线平均流速；第i条垂线上测速时的水位。,加权平均法相应水位计算示意图,（7）其他项目计算水道断面面积或断面总面积水面宽平均水深：断面总面积（或水道断面面积）与水面宽的比值。最大水深：从各条垂线的水深中取最大值。最大测点流速：从各实测的测点流速中，取最大值。涨落率：由测流结束和开始时的水位差除以测流总历时而得，涨水时取正值，落水时取负值。水面比降：上下比降水尺的平均水位差除以两比降断面间的间距。,（8）河床糙率的计算河床糙率可用曼宁公式计算：式中：n糙率断面平均流速（m/s）R水力半径（m）S水面比降,4.5.7连续测流法即在测流断面上由一岸逐线测至对岸，返回后，立即按原来的顺序再测至对岸。这样反复测至洪峰过后或已满足洪峰过程测次分布的要求为止。施测时必须注意每条垂线应记录测量时间，没有自记水位的测站，还需逐条垂线观测水位。计算流量的方法可视水位的涨落情况，先计算第一次施测的全断面流量，第二次可计算从第2或第3条垂线开始至第二个回合的第1或第2条垂线，如此类推，根据需要可算出若干次流量。,4.5.8分线测流法当河流水位暴涨暴落，如按常规测流方法测流，使得一次测流过程中的水位涨落差可能超过流速仪法测流应具备条件的要求时，当河床比较稳定，垂线上的水位与垂线平均流速关系稳定的测站，为了缩短测流历时，控制水位涨落差，可采用“分线测流法”。即在断面上选好固定垂线测流时，一次可只测量几条垂线上的水深、流速，其它垂线的水深、流速在各垂线的水位与垂线平均流速（或水深）关系曲线上查得。在下一次测流时，可选择另外几条垂线测深、测速，以便积累各条固定垂线的实测资料，达到各级水位都有均匀分布的实测流速点据。,4.5.9流速仪法测流的误差来源与控制误差来源1、起点距定位误差2、水深测量误差3、流速测点定位误差4、流向偏角导致的误差5、入水物体干扰流态导致的误差6、流速仪轴线与流线不平行导致的误差7、计时误差,8、流速仪率定本身的误差；9、测验方案不完善导致的误差，主要表现在测点测速历时不足导致的流速脉动误差，垂线上测点数目不足导致的垂线平均流速计算误差，断面上测速垂线数目不足导致的误差；10、测验过程操作不当导致的误差；11、测验条件超出仪器使用范围导致的误差。,误差控制1、建立主要测验仪器、测具及有关测验设备装置的定期检查登记制度；2、仪器及时进行检定、校测和维护保养；3、按规定进行测宽、测深；4、采取有效措施，准确定位、减小流向偏角和测流设备的阻水力；5、测速时，宜使测船的纵轴与流线平行，并保持测船的稳定；6、规范操作程序；7、尽可能完善测验方案；8、测验条件尽可能符合仪器的使用范围。,4.5.10流量测验方案的确定1、系统误差、随机误差及伪误差系统误差：在同一条件下，对同一物理量进行多次测量时，其数值大小和正负符号保持不变，且不随观测次数增加而减少的那部分误差。系统误差常分为两类，即已定系统误差和未定系统误差。随机误差：在同一条件下，对同一物理量进行多次测量时，其数值大小和正负符号以不可预见的方式而变化的那部分误差。伪误差：由于人为因素或者仪器失灵又未及时发现致使某次测量无效，其观测值必须舍弃的，应属于错误。,2、流量测验误差描述方法对于任何被测量精度的描述：一是误差的范围或误差的上限；二是不超过这一范围的置信概率。不确定度就是指测量值可能出现误差的上限值，被测量的真值能以规定概率落入该限值所包围的区间之内，此规定概率称为置信水平。随机误差，应按正态分布，采用置信水平为95%的随机不确定度描述。未定系统误差，应采用置信水平不低于95%的系统不确定度描述。已定系统误差，应进行修正。含有伪误差的测量成果必须剔除。不确定度的数值应以百分数表示。,3、流速仪法流量测验误差组成当采用流速仪法测流并采用平均分割法计算流量时，误差包括以下内容：（1）测深误差和测宽误差：应由观读的随机误差和仪器本身所造成的未定系统误差组成。（2）流速仪检定误差：应由检定的随机误差和仪器本身在测量中所造成的未定系统误差组成。（3）流速脉动误差（型误差）：由测点有限测速历时导致的流速脉动误差。为随机误差。（4）测点抽样误差（型误差）：由测速垂线测点数目不足导致的垂线平均流速计算规则误差。由随机误差和已定系统误差组成。（5）垂线抽样误差（型误差）：由测速垂线数目不足导致的误差。由随机误差和已定系统误差组成。,4、流量测验误差各分量不确定度的确定流速仪法流量测验各分量不确定度，应采用本站试验值或本地区综合值。无此条件时，宜采用河流流量测验规范附录B12分别估算测深误差、型误差、型误差和型误差。按规范规定，测宽误差：随机不确定度不应大于2%，系统不确定度不应大于0.5%。流速仪检定误差：在流速仪适用范围内，当流速大于或等于0.5m/s以上时，随机不确定度不应大于1%，系统不确定度不应大于0.5%。,5、单次流量测验不确定度估算流速仪法流量测验总不确定度应由总随机不确定度和总系统不确定度组成。（1）总随机不确定度式中：流量总随机不确定度（%）；断面型随机不确定度（%）；断面型随机不确定度（%）；断面型随机不确定度（%）；断面的流速仪率定随机不确定度（%）；断面测深随机不确定度（%）；断面测宽随机不确定度（%）。,（2）总系统不确定度式中：流量总系统不确定度（%）；测宽系统不确定度（%）；测深系统不确定度（%）；流速仪检定系统不确定度（%）。（3）总不确定度,6、已定系统误差估算流速仪法的流量已定系统误差可按下式估算式中流量已定系统误差（%）；型误差的已定系统误差（%）；型误差的已定系统误差（%）。,7、测流方案确定（1）流速仪法单次流量测验允许误差,（2）测流方案的选择流速仪法测流方案优选：是指在保证满足一定测验精度要求或使测流历时最短的情况下，研究断面测速垂线数目、测点数目和测点测速历时之间的最佳组合方案。在河流流量测验规范附录B12“流速仪测流方案选择表”中确定本站测流方案。表中测流方案是分别对一、二、三类精度的水文站的高、中、低三个水位级，按不同的宽深比范围及十一点法断面概化垂线流速分布形式参数值，由垂线数m，测点数P和测点测速历时组合的测流方案。取20、15、10、5线，取3、2、1点，取100，60，30s。表中可选方案是指单次流量测验总随机不确定度和系统误差均符合精度要求的测流方案。插控方案（插补控制方案）不满足精度要求，仅用于控制插补可选方案的测流方案。,4.6浮标法测流,4.6.1浮标测流的基本原理浮标法是通过测定水面或水中的人工或天然漂浮物随水流运动的速度来推求流量的一种测流方法。1、浮标测流的基本原理最大流速计算出的流量，即为虚流量。浮标系数,2、浮标法测流的特点（1）感应水流速度的方式方法不同（2）测流断面数目不同和作用不同,4.6.2测流方法的选用浮标法测流包括水面浮标法、深水浮标法、浮杆法和小浮标法，分别适用于流速仪测速困难或超出流速仪测速范围的高流速、低流速、小水深等情况的流量测验。1、当一次测流起止时间内的水位涨落差符合流速仪法测流的一般要求时，应采用均匀浮标法测流。2、当洪水涨、落急剧，洪峰历时短暂，不能用均匀浮标法测流时，可用中泓浮标法测流。3、当浮标投放设备冲毁或临时发生故障，或河中漂浮物过多，投放的浮标无法识别时，可用漂浮物作为浮标测流。4、当测流断面内一部分断面不能用流速仪测速，另一部分断面能用流速仪测速时，可采用浮标法和流速仪法联合测流。5、风速过大，对浮标运行有严重影响时，不宜采用浮标法测流。,4.6.3浮标法测流的主要内容（1）观测基本水尺水位和比降水尺水位。（2）投放浮标、观测各浮标流经上下断面间的运行历时，测定各浮标经过中断面的位置。（3）观测各浮标运行期间的风力（速）及其它附属项目。（4）实测水道断面面积，或借用断面面积。（5）确定浮标系数和计算实测流量及其它有关数值。（6）检查和分析测流成果。,4.6.4浮标系数的确定影响浮标系数的因素：风向和风力（速）、浮标的类型、河流断面形状、水流情况等。各站应根据本站的实际情况，在不同的水位级下进行试验分析，确定浮标系数。无条件进行比测试验的水文站，根据测站控制、断面情况等，可借用所在区域有代表性的典型站的试验资料分析确定。各站制作的浮标形式和材料应固定。各种浮标法的浮标系数都应该进行，确定各自的浮标系数。如果条件允许可以根据天气状况和风向风力等不同的天气，进行试验分析确定浮标系数。,1、确定浮标系数的方法（1）实验法（2）水位流量关系曲线法（3）水面流速系数法2、浮标系数的选用湿润地区的大、中河流一般取0.850.90，小河取0.750.85。干旱地区的大、中河流取0.800.85，小河取0.700.80。在特殊情况下，湿润地区取0.901.00，干旱地区取0.650.70。,4.6.5水面浮标法水面浮标是漂浮于水流表层用以测定水面流速的人工或天然漂浮物。1、水面浮标的制作要求（1）浮标入水部分，表面应较粗糙，不应成流线型。浮标下面要加系重物，保持浮标在水中漂流稳定。浮标的入水深度不得大于水深的1/10。浮标制作后宜放入水中试验。（2）浮标露出水面部分，应有易于识别的明显标志。,2、浮标投放设备采用水面浮标测流的测站，宜设置浮标投放设备。浮标投放设备由运行缆道和投放器构成。（1）投放浮标的运行缆道，其平面位置应设置在浮标上断面的上游一定距离处，距离的远近，应使投放的浮标在到达上断面之前能够正常运行，其空间高度应在调查最高洪水位以上。（2）浮标投放设备应构造简单、牢固，操作灵活、省力，并应便于连续投放和养护维修。（3）没有条件设置浮标投放设备的测站，可用船或利用上游桥梁等渡河设施投放浮标。,3、水面浮标的投放方法（1）用均匀浮标法测流，应在全断面均匀地投放浮标，有效浮标的数目与测速垂线的数目大致相当。浮标的投放顺序，应自一岸顺次投放至另一岸。当水情变化急剧时，可先在中泓部分投放，再在两侧投放。当测流段内有独股水流时，应在每股水流投放有效浮标35个。（2）当采用浮标法和流速仪法联合测流时，浮标应投放至流速仪测流的边界以内，使两者测速区域相重叠。,（3）用中泓浮标法测流，施测主流部分的最大流速，应在中泓部位投放35个浮标。浮标位置邻近，运行正常，最长和最短运行历时之差不超过最短历时10的浮标应有23个，取其平均历时，计算最大流速。（4）当采用漂浮物浮标法测流时，宜选择中泓部位目标显著，且和浮标系数试验所选漂浮物类似的漂浮物35个测定其流速。测速的技术要求应符合中泓浮标法测流的有关要求。漂浮物的类型、大小、估计的出水高度和入水深度等，应详细注明。,4、浮标运行历时的测记和浮标位置的测定（1）断面监视人员必须在每个浮标到达断面线时及时发出讯号。（2）记时人员应在收到浮标到达上、下断面线的讯号时，及时开启和关闭秒表，正确读记浮标的运行历时，时间读数精确至0.1s。当运行历时大于100s时，可精确至1s。（3）仪器交会人员应在收到浮标到达中断面线的讯号时，正确测定浮标的位置，记录浮标的序号和测量的角度，计算出相应的起点距。浮标位置的观测，应采用经纬仪或平板仪测角交会法测定，并应在每次测流交会最后一个浮标以后，将仪器照准原后视点校核一次，当判定仪器位置末发生变动时，方可结束测量工作。,5、测流断面的选择（1）当采用水面浮标法测流时，宜同时施测断面。（2）断面稳定的测站，可直接借用邻近测次的实测断面。（3）断面冲淤变化较大的测站，可抢测冲淤变化较大部分的几条垂线水深，结合已有的实测断面资料分析确定。,4.6.6浮标法测流的流量计算,1、均匀投放水面浮标时流量的计算（1）对测流记录进行审核、检查。（2）计算各浮标的起点距和虚流速。（3）计算相应水位、河底高程和绘制测流断面的横断面图。（4）绘制虚流速横向分布曲线。（5）计算部分虚流量及断面虚流量。（6）断面流量,水面浮标测流时图解分析法计算流量示意图,2、中泓浮标法实测流量的计算3、浮杆测流时流量的计算浮杆流速改正系数浮杆入水深度,4.6.7误差来源与控制1、浮标法测流的误差来源（1）浮标系数采用误差；（2）断面借用或断面测量的误差；（3）使用全断面浮标法时，浮标分布不均匀或有效浮标过少，导致浮标流速横向分布不准确而产生的误差；,（4）在使用深水浮标或浮标测流的河段内，沿程水深变化较大引入的误差；（5）浮标观测误差；（6）计时误差；（7）浮标制作误差；（8）风向、风速对浮标运行的影响而导致的误差。,2、浮标法测流误差的控制方法（1）加强浮标系数试验分析；（2）条件允许时尽量采用实测断面，并按有关测宽、测深规定控制断面测量误差；（3）使用全断面浮标法时，控制好浮标数量及横向分布位置，使浮标流速横向分布曲线具有较好的代表性；（4）采用深水浮标或浮杆法测流时，按规定选择测流河段；（5）按照技术要求进行浮标测速，使用统一定型的浮标测流；（6）用精度较高的秒表计时，并经常检查，消除计时系统误差。,4.7比降面积法测流,4.7.1比降面积法的原理和方法河段平均输水率,1、当比降上、中、下断面均可测流，过水面积沿程变化不均匀时，2、当只有比降上、下断面均可测流或比降上、中、下断面均可测流但过水断面沿程变化均匀时，,4.7.2适用范围,1、对河段的要求（条件）（1）河段不受变动回水的影响。（2）河段基本顺直，各级水位岸边水流畅通，观测的水位有代表性。（3）糙率有较好的规律，历年稳定，无系统偏离现象。（4）河槽稳定，无频繁冲淤变化，无明显的回流区。,2、适用范围（1）当流速仪法或水面浮标法无法测流时，用来抢测高洪水位的流量。（2）流量间测时，用于测量超出间测允许水位范围以外的洪水流量。（3）测验条件较好，水位流量关系稳定，经过比测，比降面积法的测验精度满足要求时，可将比降面积法作为常规测流方法。,4.8超声波法测流,4.8.1超声波测流的基本原理1、时差法2、频差法,4.8.2流量计算,4.8.3超声波法的特点,自动化程度高，仪器安装完毕后，适当维护即可。河流中最主要、最实用的流速流量自动实时测量仪器。便于遥测遥控，为迅速提供江河水情、及时作出洪水预报、指挥防洪抢险创造了有利条件。,4.9测流成果的检查与分析,4.9.1检查的目的和工作内容1、检查的目的（1）保证原始资料正确、可靠，及时发现测验工作中的问题、缺点和错误。（2）随时查清施测流量的变化与有关水力因素或其他相关因素之间的因果关系。（3）探求精简测验工作量的可能性、合理调整测验工作方案。,2、主要内容和要求（1）检查分析测点流速、垂线流速、水深测量等记录的正确性；以及流速测点、测速垂线、测深垂线布设的合理性。（2）在每次测流计算、校核工作完成后，应对实测流量成果的合理性进行全面的检查分析。（3）水位与流量关系稳定的测站，主要是检查新的关系点绘在图中偏离原来系列的程度。水位与流量关系不稳定的测站，主要是检查新的关系点绘在图中的变化趋势同其他有关的水力因素或相关因素在各级水位下的变化情况是否相应。（4）河道站利用综合过程线图检查时，可按测流时间和相应水位在水位过程线上点出测次的位置，以随时检查流量测次的分布是否妥当。（5）检查和分析成果时，应密切结合测站特性和河流水情的具体情况进行。,4.9.2检查图表的绘制1、垂线流速分布曲线图,2、垂线平均流速横向分布图与水道断面图,3、大断面图或水道断面图4、水位与有关水力因素或相关因素的关系曲线图1）水位与流量、水位与面积、水位与流速关系曲线图2）水位与水面宽、水位与平均水深、水位与最大水深、水位与最大流速、水位与水面比降关系曲线图3）流量系数与相关因素关系曲线图4）平均河底高程过程线图、同水位面积过程线图、水位改正数过程线图5）逐时水位过程线图、水位与涨落率关系曲线图,4.10流速仪测流方法的精简分析,精简分析主要有：流速仪常测法分析、简测法分析、流量间测分析。精简分析是流量测验的一个重要工作，目的是在保证流量测验成果具有规定的精度的前提下，减少测验工作量，缩短测验历时。并且通过精简分析得到不同的测流方案，以适应不同需求时测流工作的需要。精简分析的工作内容：1、收集足够测次的、有代表性的、精度高的实测资料，作为分析的基础。2、制作有关的图表，拟定精简方案。计算各方案精简前后的相对误差，统计各种误差是否超过规范要求的精度质量指标，以确定精简方案的可行性，确定是否修改方案。,4.10.1具备精测资料时的常测法精简分析流速仪用精测法测流，在收集30次以上且均匀分布在各级水位下的精测资料基础上，根据垂线平均流速横向变化趋势，抽减变化缓慢与均匀的测速垂线，保留横向分布转折的垂线,并在测速垂线上抽减流速测点。分别计算精简垂线、测点后的断面流量，以精测法流量为准，计算精简后流量的随机误差及系统误差，与下表所列指标比较，若误差在规定范围内，则精简方案成立。否则，再适当增加垂线或测点数，重新计算流量、统计误差，直至符合误差指标要求为止。,4.10.2无精测资料时的常测法精简分析无条件采用精测法测流的测站，可采用垂线、测点分开精简的方法，求出各自的误差，然后进行误差综合，只要综合后的误差，符合要求，则其精简方案成立，这种方法又称分开精简法。1、测点精简在各级水位、不同垂线下，用多点法进行测速，取得30条垂线以上的资料，然后分别计算各种精简测点方案的垂线平均流速，与多点法计算的垂线平均流速进行比较，计算相对误差，并统计出累计频率75%、95%的随机误差和系统误差。,2、垂线精简在各级水位下，按精测法测流的要求，布置测速垂线，垂线上用多线少点法测速，取得30次以上的流量资料，然后进行单纯地垂线精简（垂线上的测速点数不变），重新计算流量，以多线流量为准，分别计算各种精简方案的累计频率为75%、95%的随机误差及系统误差。3、误差综合计算,4.10.3简测法的精简分析简测法是选择尽可能少的垂线和测点的测流方法，简测法测量的流速为代表流速。通过分析，建立代表流速与断面平均流速的关系。利用这种关系，测得代表流速推求断面平均流速与断面流量。收集30次以上的精测法（或常测法）的测流资料，通过绘制断面图及沿河宽的分布曲线，选取比较密集稳定的垂线，作分析对象。,从选取的垂线实测资料中，取其垂线平均流速，与断面平均流速建立关系，计算其相关关系。统计分析由相关关系所给出的断面计算流速与实测断面流速的误差。在几个方案中进行比较，选取最优方案。断面比较稳定，可以选一条或二条垂线作为代表垂线。如果断面变化较大，可作多线法分析。,4.10.4流量间测的精简分析将分析的各年水位与流量关系的曲线点绘在同一张图上，如果历年的关系曲线线型一致，逐年不是逐渐增大或减小时，可通过历年的关系点群重心，综合订出一条平均线，并与各年的关系曲线比较，若最大偏离误差均不超过35%时，则可实行流量间测。,4.11声学多普勒流量测验系统（ADCP）,4.11.1ADCP的基本知识1、ADCP含义Acoustic（声学的）Doppler（多普勒）Current（流速）Profiler（剖面）中文即声学多普勒流速剖面仪，也可译作：声学多普勒测流仪。,2、ADCP基本原理基于多普勒效应多普勒效应是因相对运动而产生的被测声调的变化，也就是说，一个运动物体发出的声波被一个静止的观察者听见时在频率上将发生变化。假设条件流体中反射声波信号的散射体（