水文信息采集与处理.ppt

第三章水文信息采集与处理,成因分析“因”作为输入模型参数确定规律分析.概率统计样本数据,水文观测与实验,水文信息采集与处理,Contents,基本知识水位观测及资料整理流量测验及资料整编水文调查及水文资料收集,3.1概述,水文信息采集：指系统地收集和整理水文资料的技术工作的统称。狭义的指水文要素的观测。水文信息采集是水文学的基础。水文信息采集工作包括下列各方面：水文站网的规划、布设和调整，水文站网的规划指拟定和选择水文测站合理布局的方案。,水文测验方法的研究和技术标准的制订（测验时制、度量单位、精度要求、计算方法和工作程序等），使得到的各项资料能在同一基础上进行比较和分析。水文测站上的观测：按设站要求分别在站上进行水位观测，流量测验，泥沙测验，水质、水温、冰情、降水量、蒸发量、土壤含水量和地下水位等观测。水文调查。水文资料整编：按照统一的方法和格式，对测得的资料进行整理，汇编成为系统的成果。,3.1.1水文测站与站网,水文测站：组织进行水文测验的基层单位，也是收集水文资料的基本场所。水文测站的主要任务是按照统一标准对指定地点(或断面)的水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等项目进行观测及资料整编。,站网：就是测站在地理上的分布网，站网把测站有机地联系起来，使测站发挥更大作用布站原则：通过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，达到可以内插领域内任何地点水文要素的特征值的目的。,国家水文站网按测站性质分为：基本站网、专用站网和实验站网。基本站是综合国民经济各方面需要，由国家统一规划，以合理经济的方式建立的。基本站执行水文测验标准，进行较长时期的连续观测，资料编成水文年鉴刊布或以其它形式长期存贮。,基本站网（basicstation）基本水文站网中，根据测验内容分为流量站网、水位站网、泥沙站网、雨量站网、蒸发站网和水质站网。,专用站是为科学研究、工程建设、管理运用等特定目的而设立的。其观测项目、观测要求及观测年限，由设站部门依据设站目的自行规定。实验站是为了深入研究某些专门问题而设立的一个或一组水文测站。实验站也可兼作基本站。,3.1.2水文测站的设立,测验河段的选择设站地点要服从总体布局的要求;便于水文测验（保证测验结果有必要的精度）和资料的整理。保证工作安全和测验精度，有利于简化水文要素的观测和信息的整理分析工作，测站的水位流量之间呈良好的稳定关系（单一关系）。河道顺直、稳定、水流集中，河段规整。,布设观测断面：设置水准点并引测高程；设置横断面及基线；布设测量标志及高程基点；安装观测设备，填写登记卡。观测断面的布设：基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、比降断面。测站的设备是指流速仪测流所需的渡河设备，一般分有船只测流设备、岸上测流设备、架空测流设备和涉水测流设备等几种。,过河索吊船设备,测定河流水位，及横断面面积,测定水流的流速,测定河段的水面比降，进而估算河床的糙率,测定水流的流速,3.2水位的观测,水位：河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以m计。水位与高程数值一样，要有一个基面作为起点。标准基面：我国目前一般统一采用青岛附近黄海海平面作为基准面，但有些流域仍然采用大沽、吴淞基准面。测站基面：以低于水文测站所在河道的最低水位或河床最低点0.51.0m处的水平面作为零高度。,3.2.1水位观测的设备,水尺：直立式、倾斜式、矮桩式、悬锤式水位=水尺零点高程+水尺读数自记水位计：能自动记录水位的连续变化过程；浮子式、压力式、超声波式,振弦传感器,压阻传感器,非接触式,3.2.2水位观测的内容,基本水尺&比降水尺基本水尺观测时间：人工观测：分段定时观测水位平缓变化缓慢时一段式：日变幅i0，波后部分ii0。当河流稳定时，i0；涨洪时，i0；落洪时，i0。,同一断面上,受多种因素混合影响而连续变化时,连时序法：当测流次数较多，能控制水位流量关系变化的转折点时，一般多用连时序法。其绘制过程如下：,这种情况的ZQ曲线一般为绳套形，使用时按水位发生时间在ZQ曲线的相应位置查读流量。,(2)水位流量关系的延长实际中，最高水位(洪水流量)和最低水位(枯水流量)施测困难，故需对水位流量关系曲线进行外延。高水延长：影响洪水流量过程，包括洪峰。延长幅度不应超过当年实测流量所占水位变幅的30%。低水延长：相对误差较大且影响历时长。延长幅度不超过10%。,高水延长,根据水位面积、水位流速关系延长当河床比较稳定，河槽形状无很大变化的测站，在高水位时，水位过水断面面积，水位流速的关系曲线常为一线性关系，而且水位流速的关系直线近似平行于垂轴，则可按此趋势延长。,由实测资料绘制水位面积关系曲线；根据水位流速关系曲线，从上端按直线趋势延长；按延长部分各级水位和相应的过水断面积相乘，即得到延长部分的流量水位的关系曲线。,Z(m),Q/F/V,Q=VF,用水力学公式高水延长,低水位ZQ的延长方法,趋势法：以断流水位(Q=0)作为控制水位点，从实测部分向下延长。,测站下游的浅滩、石梁及取基本水尺断面的最低点均可作为断流水位,假定中低水位部分的水位和流量的关系可表示为：,式中，Z0断流水位；n,K经验常数。,在实测ZQ关系曲线上，取(Za,Qa),(Zb,Qb),(Zc,Qc)三个点，使满足：,将(A)代入上式得：,分析法:,(A),（3）日平均流量计算及合理性经验当流量变化平稳时，可用日平均水位在水位流量关系曲线上推求日平均流量。当流量关系变化较大时，则用逐时水位推求得逐时流量，再按算术平均法或面积包围法求得日平均流量。据此计算月平均流量和年平均流量。,(4)水文数据处理成果的刊布,由主管单位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次水文年鉴。年鉴中载有：测站分布图，水文站说明表及位置图，各站的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、地下水、降水量、蒸发量等资料。,3.7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。水文调查内容：（1）流域调查；基本情况（2）水量调查；水利设施、分洪决口影响（3）洪水调查和暴雨调查；特大洪水、特大暴雨（4）专项水文调查。泉水调查、岩溶地区水文调查,1.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：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。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。,溃坝、决口和分洪洪水调查（1）溃坝洪水调查：水库概况、溃坝前库内水情、决口断面的测量和调查。（2）河堤决口调查：决口位置和数量、原因、口门扩展过程；决口发生时间和相应河道水位、决口前后水情、分洪水量去向；决口洪量的估算等。（3）分洪滞洪调查：人工扒口无建筑物控制的调查与河堤决口调查相同；有建筑物控制的应调查闸门开孔高度及孔数、分洪滞洪开始时间及河道水位的变化过程，滞洪区蓄水情况；估算分洪、滞洪的洪量。,历史洪水考证收集宫廷档案、实录、文书、水利河道专著、地方志、历史水文气象记录、古建筑物附近保留的碑文、刻记、地区性历史档案等。对洪峰流量、洪水总量的量级及重现期进行分析，当定量分析有困难时，可定性的将洪水分为非常洪水、特大洪水、大洪水、一般洪水。,2.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。,3.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。,四川涪陵白鹤梁上部分石刻题记,四川涪陵白鹤梁上部分石刻题记,葛洲坝水电站和三峡工程都有参考,碑文：涪江石鱼，镌于波底，现则岁丰，数千百年来传为盛事。康熙乙丑春五水落，而鱼复出。望前二日，偕同人往观之，仿佛双鱼冥莲隐跃。盖因岁久剥落，形质模糊几不可问，遂命石工可而新之，碑不至湮没无传，且以望丰亨之永兆云尔。,4.水文遥感遥感即遥远的感知，从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、微波等探测仪器，通过摄影或扫描，信息感应、传输和