第三章 水文信息采集与处理

1、第三章第三章 水文信息采集与处理水文信息采集与处理内内 容容：u3.1 测站与站网测站与站网u3.2 水位观测与计算水位观测与计算u3.3 流量测验流量测验u3.4 泥沙测验与计算泥沙测验与计算u3.5 水文数据处理水文数据处理重重 点点：流量计算；流量计算；水位流量关系曲线；水位流量关系曲线；水位流量关系曲线的延长水位流量关系曲线的延长 难难 点点： 流量计算流量计算 水文流量关系曲线及其延长水文流量关系曲线及其延长水文信息的采集与处理即测量、计算各种水水文信息的采集与处理即测量、计算各种水文信息并对其进行数据处理的过程文信息并对其进行数据处理的过程水文信息的采集方式有两种：水文事件发生水文

2、信息的采集方式有两种：水文事件发生时进行实际观测；水文事件发生后通过调时进行实际观测；水文事件发生后通过调查获得信息查获得信息3.1 测站与站网测站与站网一一 测站与站网测站与站网u在流域内一定地点在流域内一定地点(断面断面)按照统一标准对所需水文要按照统一标准对所需水文要素作系统观测并处理为即时观测信息，这些指定的点素作系统观测并处理为即时观测信息，这些指定的点称为称为测站测站。所观测的。所观测的水文要素水文要素包括水位、流量、泥沙、包括水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、水质、冰凌、地下水位等降水、蒸发、水温、水质、冰凌、地下水位等u测站分类测站分类l按主要观测项目分为水位站、流量站（也称

3、水文站）、按主要观测项目分为水位站、流量站（也称水文站）、雨量站、蒸发站等；雨量站、蒸发站等；l按测站性质分：基本站、专用站按测站性质分：基本站、专用站基本站基本站：由国家统一规划设立的，为国民经济各方面的：由国家统一规划设立的，为国民经济各方面的需要服务，对水文要素进行较长期、系统的观测，资需要服务，对水文要素进行较长期、系统的观测，资料编成料编成水文年鉴水文年鉴刊布或以其他形式长期保存刊布或以其他形式长期保存专用站专用站：为科学研究，工程建设、运行管理等某种专门：为科学研究，工程建设、运行管理等某种专门目的或用途由某些部门自行设立的目的或用途由某些部门自行设立的两者相辅相成，专用站在面上辅

4、助基本站，而基本站在两者相辅相成，专用站在面上辅助基本站，而基本站在时间系列上辅助了专用站时间系列上辅助了专用站u 水文测站在地理上的分布网称为水文测站在地理上的分布网称为水文站网水文站网u 水文站网的作用：在流域内的一些适当地点设站观水文站网的作用：在流域内的一些适当地点设站观测，对所得水文资料进行整理分析，就可以内插出流测，对所得水文资料进行整理分析，就可以内插出流域内任何地点的水文要素的特征值域内任何地点的水文要素的特征值u 测站在地区分布的科学性、合理性、最优化等问题，测站在地区分布的科学性、合理性、最优化等问题，是水文站网规划的任务是水文站网规划的任务二二 水文测站的设立水文测站的设

5、立u 建站包括建站包括选择测验河段选择测验河段和和布设观测断面布设观测断面l 选择测验河段：选择测验河段：在保证工作安全和测验精度的条件下，在保证工作安全和测验精度的条件下，利于简化观测和资料整理工作。要求测站的水位与流量利于简化观测和资料整理工作。要求测站的水位与流量关系比较稳定，从而可据水位推求流量，减轻测验工作。关系比较稳定，从而可据水位推求流量，减轻测验工作。尽量选择河道顺直、河床稳定、水流集中，便于布设测尽量选择河道顺直、河床稳定、水流集中，便于布设测验设施的河段验设施的河段l布设观测断面：布设观测断面：布设基线、水准点和各种断面（基本水布设基线、水准点和各种断面（基本水尺断面、流速

6、仪测流断面、浮标测流断面及比降断面尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面及比降断面水文测站水文测站基线布设与断面布设示意图基线布设与断面布设示意图比降上断面比降上断面 上比降水尺上比降水尺 浮标上断面浮标上断面 流速仪测流断面流速仪测流断面 浮标下断面浮标下断面比降下断面比降下断面基线基线 L M B A D 基本水尺断面基本水尺断面 浮标投放断面浮标投放断面 基本水尺断面基本水尺断面 其上设立基本水尺，用来进行水位观测其上设立基本水尺，用来进行水位观测 流速仪测流断面流速仪测流断面 应与基本水尺断面重合，不能重合时，应与基本水尺断面重合，不能重合时，亦不应相距过远亦不应相距过远 浮标测流断面浮

7、标测流断面 共有上、中、下三个断面，中断面一般为共有上、中、下三个断面，中断面一般为流速仪测流断面。上、下断面之间的距离不宜太短流速仪测流断面。上、下断面之间的距离不宜太短 比降断面比降断面 上设立比降水尺，用来观测河流的比降和分析上设立比降水尺，用来观测河流的比降和分析河床的糙率，分为上比降断面和下比降断面河床的糙率，分为上比降断面和下比降断面 水准点水准点 分为分为基本水准点基本水准点与与校核水准点校核水准点，均应设在测站附，均应设在测站附近的基岩上或稳定的永久性建筑物上，也可设在埋于土近的基岩上或稳定的永久性建筑物上，也可设在埋于土中的石柱或混凝土桩上。前者是测定站上各种高程的基中的石柱

8、或混凝土桩上。前者是测定站上各种高程的基本依据，后者用来校核断面、水尺等的高程本依据，后者用来校核断面、水尺等的高程三三 收集水文信息的基本途径收集水文信息的基本途径u 驻测驻测(固定点固定点)、巡测、巡测(巡回巡回)、间测、间测(有间断有间断)u 自动测报系统自动测报系统u 水文调查：流域、水量、洪水、暴雨及其他专项调查水文调查：流域、水量、洪水、暴雨及其他专项调查l 洪水调查洪水调查l 枯水调查枯水调查l 暴雨调查暴雨调查u 水文遥感：流域、水资源调查，水质、洪涝灾害监测，水文遥感：流域、水资源调查，水质、洪涝灾害监测，河口、湖泊、水库的泥沙淤积及河床演变，古河道的河口、湖泊、水库的泥沙淤

9、积及河床演变，古河道的变迁，降水量的测定及水情预报等变迁，降水量的测定及水情预报等l洪水调查：洪水调查：调查洪水痕迹、高程、发生时间、灾情调查洪水痕迹、高程、发生时间、灾情;测量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；必要时进行简易地形测量；测量调查河段的纵横断面；必要时进行简易地形测量；分析调查成果，推算洪水总量、洪峰流量、洪水过程分析调查成果，推算洪水总量、洪峰流量、洪水过程及重现期，最后写出调查报告及重现期，最后写出调查报告l枯水调查：枯水调查：必须在水位极枯或较枯时进行历史枯水调必须在水位极枯或较枯时进行历史枯水调

10、查。河流沿岸的古代遗址、古代墓葬、古代建筑物、查。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，都是记载水情的碑刻题记等考古实物以及文献资料，都是调查的重要资料。方法与洪水调查方法相似，但比后调查的重要资料。方法与洪水调查方法相似，但比后者更为困难者更为困难l暴雨调查：暴雨调查：暴雨调查分历史暴雨调查和现代暴雨调查。暴雨调查分历史暴雨调查和现代暴雨调查。调查的主要内容有暴雨成因、暴雨量、暴雨起止时间、调查的主要内容有暴雨成因、暴雨量、暴雨起止时间、暴雨变化过程及前期雨量情况、暴雨走向及当时主要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风向

11、风力变化等3.2 水位观测与计算水位观测与计算一一 水位观测水位观测1 水位水位：指水体的自由水面离开固定基准面的高程，目：指水体的自由水面离开固定基准面的高程，目前全国统一采用前全国统一采用黄海基面黄海基面，但各流域由于历史的原因，但各流域由于历史的原因，多沿用以往基面多沿用以往基面2 水位观测的常用设备有水位观测的常用设备有水尺水尺和和自记水位计自记水位计两类两类 水尺有直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式，最常用水尺有直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式，最常用的是的是直立式直立式l 水位水位= 水尺读数水尺读数 + 水尺零点高程水尺零点高程 其中，其中，水尺零点高程水尺零点高程指水尺板上刻度起点的

12、高程指水尺板上刻度起点的高程水尺零点高程水尺零点高程H 水尺读数水尺读数R 水位水位 Z = H + R自记水位计能自动记录水位变化的连续过程，有的还自记水位计能自动记录水位变化的连续过程，有的还能将所观测的数据以数字或图像的形式远程传入室内能将所观测的数据以数字或图像的形式远程传入室内3 观测时间：观测时间： 基本水尺基本水尺l 水位变化较小水位变化较小(日变幅日变幅0.12m内内)：8、20时时(2段制段制)l 枯水期枯水期(日变幅日变幅0.06m内内) ：8时时(1段制段制)l 水位变化较大水位变化较大(日变幅日变幅0.12-0.24m内内)：2、8、14、20时各测一次时各测一次(4段

13、制段制)l 洪水期：视情况采用洪水期：视情况采用8段或段或12段制段制 比降水尺：目的是计算水面比降，分析河床糙率等，比降水尺：目的是计算水面比降，分析河床糙率等，观测时间和次数视需要而定观测时间和次数视需要而定 二二 水位观测数据的整理水位观测数据的整理 水位观测数据的整理工作包括日平均水位、月平均水位观测数据的整理工作包括日平均水位、月平均水位、年平均水位的计算水位、年平均水位的计算 根据逐日平均水位可算出月平均水位和年平均水位根据逐日平均水位可算出月平均水位和年平均水位 日平均水位的计算日平均水位的计算1 算术平均法：适用于水位变化缓慢或变化大但为等时算术平均法：适用于水位变化缓慢或变化

14、大但为等时距观测或从自记水位计上摘录时距观测或从自记水位计上摘录时2 面积包围法：适用于水位变化较大，且为不等时距面积包围法：适用于水位变化较大，且为不等时距观测时观测时)()(.)()(481)()(.)()(48111322211101112221110nnnnnnnnnnntZttZttZttZtZtZZtZZtZZtZZZ3.3 流量测验流量测验 流量流量：单位时间内通过河流某一断面的水量，：单位时间内通过河流某一断面的水量，m3/s 流量测验常用的方法有流量测验常用的方法有流速仪法流速仪法和和水面浮标法水面浮标法，其，其中前者精度最高，应用最广中前者精度最高，应用最广 测流原理：河流

15、断面上的流速不均匀，需分块计算测流原理：河流断面上的流速不均匀，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将测流断面划分成数块部分面积A1，A2， An，然，然后测出每块小面积上的平均流速后测出每块小面积上的平均流速V1，V2， Vn。则。则全断面流量为：全断面流量为：n1iiiAvQ由测流原理可知，全断面流量测量包括断面和流速测量由测流原理可知，全断面流量测量包括断面和流速测量 断面测量断面测量 在断面上布设一定数量的测深垂线，施测各条测深垂在断面上布设一定数量的测深垂线，施测各条测深垂线的起点距、水深并观测

16、水位，用水位减去水深得各线的起点距、水深并观测水位，用水位减去水深得各测深垂线处的河底高程，据此绘出过水断面图并计算测深垂线处的河底高程，据此绘出过水断面图并计算断面面积断面面积起点距：起点距：测深垂线至起点桩之间的水平距离，可用断面测深垂线至起点桩之间的水平距离，可用断面索观读法（河宽不大时）或测角交会法测量索观读法（河宽不大时）或测角交会法测量水深：水深：用测深杆、测深锤、测深铅鱼或超声波回声测声用测深杆、测深锤、测深铅鱼或超声波回声测声仪（仪（水很深、流速很大时水很深、流速很大时）等测量）等测量大断面：大断面：河道过水断面扩展至历年最高洪水位以上河道过水断面扩展至历年最高洪水位以上0.5

17、1.0m的断面的断面布设测深垂线布设测深垂线 测算水位、各测深点的水深和起点距测算水位、各测深点的水深和起点距 绘制过水断面图绘制过水断面图 计算断面面积计算断面面积 断面测量步骤断面测量步骤水位减去水深得到河底高程水位减去水深得到河底高程 起点桩起点桩起点距起点距断面索断面索H1HiHi+1b1bi测深垂线测深垂线 测流断面示意图测流断面示意图 测深点水深测深点水深 n, 2 , 1i bHH21Aii1ii式中，式中，bi为第为第i块部分断面的水面宽度，而块部分断面的水面宽度，而H0Hn0Ai起点桩起点桩起点距起点距L基线基线DL = D tan =D cot起点距计算：测角交会法起点距计

18、算：测角交会法 （与河岸平行）（与河岸平行）b1b2bibnh1h2hi-1hihn-1A1A2AiAn 断面面积测量与计算断面面积测量与计算H112nnnAhb11()2iiiiAhh b11 112Ahb流速测验流速测验（一）流速仪测速及流量计算（一）流速仪测速及流量计算1 1 流速仪简介流速仪简介主要构件有：感应流速的旋转器，记录器，尾翼主要构件有：感应流速的旋转器，记录器，尾翼根据旋转器种类分为根据旋转器种类分为旋杯式流速仪旋杯式流速仪：测速范围：测速范围0.2 3.5 m/s，适用于含沙量，适用于含沙量较小的河流较小的河流旋浆式流速仪旋浆式流速仪：测速范围：测速范围0.04 10 m

19、/s ，适用于多沙的，适用于多沙的河流河流旋杯式流速仪旋杯式流速仪悬杆悬杆电铃计数器电铃计数器旋杯旋杯传讯盒传讯盒尾翼尾翼铅鱼铅鱼2 流速仪工作原理流速仪工作原理仪器转动部分受水流冲击发生旋转，流速越大，转速仪器转动部分受水流冲击发生旋转，流速越大，转速越快，流速越快，流速v v与回转率与回转率n(=N/T)n(=N/T)有如下关系：有如下关系：式中，式中，K和和C为仪器常数，可通过对仪器检定求得；为仪器常数，可通过对仪器检定求得； N为总转数；为总转数；T为测速时间为测速时间CTNKv断面内流速的断面内流速的横向分布：横向分布： 垂线垂线 等流速线等流速线 水深水深流速流速断面内流速的断面内

20、流速的纵向分布：纵向分布： 水面以下水面以下0.2倍水深倍水深处流速最大，垂线处流速最大，垂线平均流速约在水面以下平均流速约在水面以下0.6倍水深倍水深处处3 流速计算流速计算 测流步骤测流步骤流速仪只能测得某点的流速，为求得断面平均流速，流速仪只能测得某点的流速，为求得断面平均流速，首先在断面上布设一些测速垂线（一般在测深垂线首先在断面上布设一些测速垂线（一般在测深垂线中选择若干条兼作测速垂线），在每条测速垂线上中选择若干条兼作测速垂线），在每条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速，最后根据测点流布设一定数目的测速点进行测速，最后根据测点流速的平均值求得测线平均流速，再由测线平均流速速的平

21、均值求得测线平均流速，再由测线平均流速求得部分面积的平均流速，进而推得断面流量求得部分面积的平均流速，进而推得断面流量测速垂线的数目根据河宽、水深来确定测速垂线的数目根据河宽、水深来确定测速垂线上的测点数，根据垂线的水深，流速仪的测速垂线上的测点数，根据垂线的水深，流速仪的悬吊方式和测量精度的要求确定悬吊方式和测量精度的要求确定 5m测速垂线上测速点的布设，常有一点式、二点测速垂线上测速点的布设，常有一点式、二点式式 、三点式和五点式、三点式和五点式断面上测速垂线和测速点的布设断面上测速垂线和测速点的布设水面宽度水面宽度 5m时时, 测速垂线的数目测速垂线的数目5数目数目测点位置测点位置适合的

22、水深适合的水深(m)一点一点0.6h 或或0.5h3.0测流设施：测流设施： 测船测船 水文测流缆道水文测流缆道 布设测速垂线布设测速垂线 测速垂线上布设测速点并测速测速垂线上布设测速点并测速 部分面积平均流速部分面积平均流速 部分流量部分流量 二二 流量计算流量计算测速垂线平均流速测速垂线平均流速 断面流量断面流量 1 测线平均流速计算测线平均流速计算方法方法计计 算算 公公 式式适合水深适合水深(m)一点法一点法Vm=V0.6 3.0b1b2bibnvm1vm2vmi-1vmiVmn-1ViVn2 部分面积的平均流速计算部分面积的平均流速计算)(211mimiiVVV 111 mnnmVV

23、VV V1V2Vi为部分断面平均流速，为部分断面平均流速，Vmi为第为第i条测速线上的平均条测速线上的平均流速，流速，为岸边系数为岸边系数Vi-1Vn-1VVb1b2bibnh1h2hi-1hihn-1A1A2AiAn3 断面面积测量与计算断面面积测量与计算H112nnnAhb11()2iiiiAhh b11 112Ahbb1b2bibnQ1Q2QiQn4 部分流量计算部分流量计算iiiQA V H5 断面流量、断面平均流速计算断面流量、断面平均流速计算 niiQQ1 /VQ A/hA B11nniiiiAABb以上五式分别为过水断面的流量、面积、水面宽度、以上五式分别为过水断面的流量、面积、

24、水面宽度、平均流速和平均水深的计算式平均流速和平均水深的计算式例例3：某河某站横断面如图所示，根据图中所给测流资：某河某站横断面如图所示，根据图中所给测流资料计算该站流量和断面平均流速。测线水深料计算该站流量和断面平均流速。测线水深h1=1.5m，h2=0.5m，V0.2，V0.6，V0.8分别表示测线在分别表示测线在0.2h，0.6h，0.8h处的测点流速，处的测点流速，左，左，右，分别表示左右岸的岸边右，分别表示左右岸的岸边系数系数V0.6=1m/sV0.8=0.8m/sV0.2=1.2m/sh1h2V0.6=1m/sV0.8=0.8m/sV0.2=1.2m/s左左=0.9右右=0.820

25、m20m10mh1h2V0.6=1m/sV0.8=0.8m/sV0.2=1.2m/s左左=0.9右右=0.520m10m20m5mh3V0.6=0.6m/s解：解：1.垂线平均流速：垂线平均流速：Vm1=(V0.2+V0.8)/2=(1.2+0.8)/2=1.0m/sVm2=V0.6=1.0m/s2.部分平均流速：部分平均流速：V1= 左左 Vm1=0.9 1.0=0.9m/sV2=（ Vm1+ Vm2）/2=（1.0+1.0）/2=1m/sV3= 右右 Vm2=0.8 1.0=0.8m/s3.部分面积部分面积 A1=1/2 1.5 20=15m2A2=1/2 （1.5+0.5） 20=20m

26、2A3=1/2 0.5 10=2.5m24.断面流量断面流量Q=q1+q2+q3=15 0.9+20 1+2.5 0.8=35.5m3/s5.断面平均流速断面平均流速V=Q/A=35.5/30=1.183m/s（二）浮标法测速和流量计算（二）浮标法测速和流量计算 浮标测流法浮标测流法较简便，常用于洪水较大或水面漂浮物较简便，常用于洪水较大或水面漂浮物较多，特别是使用流速仪有困难的情况下较多，特别是使用流速仪有困难的情况下 浮标法测得的是浮标在水面的漂移速度，称浮标法测得的是浮标在水面的漂移速度，称浮标虚浮标虚流速流速（不能代表断面平均流速），将其与过水断面相配（不能代表断面平均流速），将其与过

27、水断面相配合，计算出合，计算出断面虚流量断面虚流量，然后乘以，然后乘以浮标系数浮标系数（与浮标类（与浮标类型、风力风向等因素有关，用实验比测法、经验公式法型、风力风向等因素有关，用实验比测法、经验公式法和水位流量关系曲线法确定）才能得到断面的实际流量和水位流量关系曲线法确定）才能得到断面的实际流量1 绘制虚流速分布图：绘制虚流速分布图：WiVxVm,i-1Vmi部分断面平部分断面平均虚流速均虚流速Vfi) )( (imimfiVVV,1,21 浮标水面浮标水面虚流速虚流速根据虚流速分布图，求部分面积的虚流量：根据虚流速分布图，求部分面积的虚流量：) )( (i ,mi ,mifiVVWQ 12

28、1求断面总面积的虚流量：求断面总面积的虚流量： 11nififQQ2 计算断面流量计算断面流量 计算过水断面的平均流量计算过水断面的平均流量ffQKQ 式中，式中， ，为各部分虚流量之和；，为各部分虚流量之和； Kf 浮标系数浮标系数 11nififQQ3.4 泥沙测验与计算泥沙测验与计算 泥沙的冲淤变化，对河道整治、水利水电工程、桥涵工泥沙的冲淤变化，对河道整治、水利水电工程、桥涵工程、港口工程、给水工程取水口的建设都有很大影响程、港口工程、给水工程取水口的建设都有很大影响,泥泥沙测验可为分析泥沙规律和工程设计提供依据沙测验可为分析泥沙规律和工程设计提供依据 泥沙按运动形式可分三类泥沙按运动

29、形式可分三类l悬移质悬移质：浮于水中并随之运动，流速与水流流速相同：浮于水中并随之运动，流速与水流流速相同l推移质推移质：受水流冲击沿河底移动或滚动，流速小于水流：受水流冲击沿河底移动或滚动，流速小于水流流速流速l河床质河床质：相对静止而停留在河床上：相对静止而停留在河床上 三者会随水流和边界条件的变化而转化。河流泥沙一般三者会随水流和边界条件的变化而转化。河流泥沙一般以悬移质为主以悬移质为主一一 悬移质的测验与计算悬移质的测验与计算 描述悬移质的两个常用定量指标是含沙量和输沙率描述悬移质的两个常用定量指标是含沙量和输沙率l含沙量含沙量：单位体积浑水所含的干沙质量，：单位体积浑水所含的干沙质量

30、，kg/m3l输沙率输沙率：单位时间内流过河流某断面的干沙质量，：单位时间内流过河流某断面的干沙质量，kg/s 或或t/sS 断面输沙率通过断面含沙量测验配合断面流量测量断面输沙率通过断面含沙量测验配合断面流量测量推求推求1 悬移质的测验与计算悬移质的测验与计算(1) 含沙量测验含沙量测验采样器：横式采样器、瓶式采样器采样器：横式采样器、瓶式采样器采样方式：积点式采样方式：积点式(定点采样定点采样)、积深式、积深式(在测线上匀在测线上匀速移动采样速移动采样)测验步骤：对所取水样，经过量积、沉淀、过滤、测验步骤：对所取水样，经过量积、沉淀、过滤、烘干称重等手续，得出一定体积浑水中的干沙重量烘干称

31、重等手续，得出一定体积浑水中的干沙重量含沙量含沙量计算公式：计算公式：式中，式中，Gs为水样中的干沙质量，为水样中的干沙质量，V为水样体积为水样体积sGV(2) 输沙率测验输沙率测验 输沙率输沙率QS：单位时间通过河流某断面的干沙质量，以：单位时间通过河流某断面的干沙质量，以 kg/s 计计 sQQ 因断面内各点含沙量不同，需在断面上布置适当数因断面内各点含沙量不同，需在断面上布置适当数量的取样垂线，通过测定各垂线测点流速及含沙量，量的取样垂线，通过测定各垂线测点流速及含沙量，计算垂线平均流速及垂线平均含沙量，然后计算部计算垂线平均流速及垂线平均含沙量，然后计算部分流量及部分输沙率分流量及部分

32、输沙率输沙率测验包括输沙率测验包括垂线平均含沙量测定垂线平均含沙量测定与与流量测验流量测验两两部分部分l垂线平均含沙量：一点法、二点法、三点法、五点垂线平均含沙量：一点法、二点法、三点法、五点法法(测点布设方法多同于流速测点布设测点布设方法多同于流速测点布设)l配合测流计算的部分流量，算得断面输沙率配合测流计算的部分流量，算得断面输沙率(1) 垂线平均含沙量计算垂线平均含沙量计算方法方法计计 算算 公公 式式一点法一点法 m=C0.0 (C由比测资料确定由比测资料确定)二点法二点法m=(0.2V0.2+ 0.8V0.8)/2Vm三点法三点法m=(0.2V0.2+ 0.6V0.6+ 0.8V0.

33、8)/3Vm五点法五点法m=(0.0V0.0+30.2V0.2+30.6V0.6+20.8V0.8+1.0V1.0)/10Vm式中，式中，m为垂线平均含沙量；为垂线平均含沙量； Vm为垂线平均流速；为垂线平均流速； 0.0、0.2、0.6、， V0.0、V0.2、V0.6、分别为垂线分别为垂线0.0、0.2、0.6，相对水深处的含沙量和流速相对水深处的含沙量和流速(2) 断面断面输沙率计算输沙率计算式中，式中，QS为断面输沙率；为断面输沙率；mi为第为第i条垂线的平均含沙量；条垂线的平均含沙量；qi为为第第i条垂线与第条垂线与第i+1条垂线间的部分流量条垂线间的部分流量由断面输沙率，可计算日平

34、均输沙率、月平均输沙率、由断面输沙率，可计算日平均输沙率、月平均输沙率、年平均输沙率和年输沙量年平均输沙率和年输沙量121101131()1022mmmnmnSmnmnnQqqqq(3) 断面断面平均含沙量平均含沙量式中，式中，QS为断面输沙率；为断面输沙率； Q为断面平均流量为断面平均流量 Q1000sQ(4) 断沙与单沙的关系断沙与单沙的关系悬移质输沙率测验工作复杂繁重，实际中发现悬移质输沙率测验工作复杂繁重，实际中发现断面断面平均含沙量平均含沙量（简称（简称断沙断沙）与断面上某一点或某一垂）与断面上某一点或某一垂线的平均含沙量线的平均含沙量（简称（简称单沙单沙）常常关系稳定）常常关系稳定

35、据此，常只在此测点或测线上进行含沙量测验，然据此，常只在此测点或测线上进行含沙量测验，然后利用单沙、断沙关系推求断面输沙率后利用单沙、断沙关系推求断面输沙率 断沙断沙(g/m3)沱江李家湾水文站沱江李家湾水文站19771977年单沙与断沙关系年单沙与断沙关系 单沙单沙(g/m3) 二二 泥沙特征泥沙特征1 泥沙粒径和粒配曲线泥沙粒径和粒配曲线(1) 泥沙粒径的确定：等容粒径法、筛分法、水析法泥沙粒径的确定：等容粒径法、筛分法、水析法(2) 粒配曲线粒配曲线：以泥沙粒径的对数为横坐标，以小于等：以泥沙粒径的对数为横坐标，以小于等于某粒径的沙重占总沙重量的百分数为纵坐标绘制于某粒径的沙重占总沙重量

36、的百分数为纵坐标绘制的曲线的曲线P49S 沙样特征粒径沙样特征粒径中值粒径中值粒径d50：即大于和小于这一粒径的泥沙重量各占：即大于和小于这一粒径的泥沙重量各占50%平均粒径平均粒径d平均平均非均匀系数非均匀系数：表征沙样的均匀程度，计算式见：表征沙样的均匀程度，计算式见P502 泥沙干容重泥沙干容重泥沙容重泥沙容重：泥沙各个颗粒实有重量与实有体积的比值，：泥沙各个颗粒实有重量与实有体积的比值，N/m3，一般情况下，常取，一般情况下，常取26 kN/m3泥沙干容重泥沙干容重：沙样经：沙样经100-105烘干后，其重量与原状烘干后，其重量与原状沙样整个体积的比值，沙样整个体积的比值，N/m33

37、泥沙的沉降速度：泥沙的沉降速度：泥沙在静水中等速下沉时的速度，泥沙在静水中等速下沉时的速度，计算公式见计算公式见P504 水流挟沙力：水流挟沙力：一定水流泥沙条件下，水流输移悬移一定水流泥沙条件下，水流输移悬移质（床沙质）的能力。实用中又表示为河床处于不质（床沙质）的能力。实用中又表示为河床处于不冲不淤平衡状态时（断面平均）的饱和含沙量冲不淤平衡状态时（断面平均）的饱和含沙量S 悬移质分为两类悬移质分为两类：l冲泻质冲泻质：悬移质中较细的部分，在河段的床沙中几：悬移质中较细的部分，在河段的床沙中几乎没有，不与床沙发生交换，不参加造床作用乎没有，不与床沙发生交换，不参加造床作用l床沙质床沙质：悬

38、移质中较粗的部分（即除去冲泻质后的：悬移质中较粗的部分（即除去冲泻质后的部分），在床沙中大量存在，其输沙率与水流条件部分），在床沙中大量存在，其输沙率与水流条件关系密切，与河道的冲淤变化密切相关关系密切，与河道的冲淤变化密切相关床沙质和冲泻质的界限粒径用泥沙粒配曲线床沙质和冲泻质的界限粒径用泥沙粒配曲线p=5%（或（或10%）对应的粒径）对应的粒径d5或或d10水流挟沙力计算式见水流挟沙力计算式见P513.5 水文数据处理水文数据处理 水文数据处理的工作内容包括：收集校核原始数据；水文数据处理的工作内容包括：收集校核原始数据；编制实测成果表；确定关系曲线，推求逐时、逐日编制实测成果表；确定关系

39、曲线，推求逐时、逐日值；编制逐日表及洪水水文要素摘录表；合理性检值；编制逐日表及洪水水文要素摘录表；合理性检查；编制处理说明书查；编制处理说明书一一 水位流量关系曲线水位流量关系曲线1 定义：用断面实测流量及其相应水位资料点绘的曲定义：用断面实测流量及其相应水位资料点绘的曲线称为线称为水位流量关系曲线水位流量关系曲线2 用途：水位观测比流量观测简单，可据水位资料推用途：水位观测比流量观测简单，可据水位资料推求流量变化过程，从而计算不同历时的平均流量求流量变化过程，从而计算不同历时的平均流量3 分类：分类：水位流量关系水位流量关系单一关系单一关系“稳定良好稳定良好”对应两个以上流对应两个以上流量

40、值，量值，“不稳定不稳定”洪水涨落影响洪水涨落影响河床冲淤影响河床冲淤影响稳定的水位流量关系稳定的水位流量关系：是指在一定条件下水位和流量：是指在一定条件下水位和流量之间呈单值函数关系，简称为单一关系之间呈单值函数关系，简称为单一关系变动回水影响变动回水影响(1) 稳定的水位流量关系曲线的绘制步骤：稳定的水位流量关系曲线的绘制步骤： 将各次测流时实测水位、流量的成果加以审查，列将各次测流时实测水位、流量的成果加以审查，列出实测流量成果表出实测流量成果表根据表中数据，同时绘制水位流量根据表中数据，同时绘制水位流量ZQ 、水位面、水位面积积ZA 、水位流速、水位流速ZV关系曲线。以水位为纵坐关系曲

41、线。以水位为纵坐标，横坐标用三种比例尺，分别代表标，横坐标用三种比例尺，分别代表Q、A、V。选择适当的比例尺，使以上三条曲线与横轴的夹角选择适当的比例尺，使以上三条曲线与横轴的夹角分别近似为分别近似为45、60、60，且互不相交，且互不相交 用同一水位下的面积与流速的乘积，校核水位流量用同一水位下的面积与流速的乘积，校核水位流量关系曲线中的流量，使各种水位情况下的关系曲线中的流量，使各种水位情况下的Q = AV误差控制在误差控制在2%3%ZZZ稳定的水位流量关系一般发生在河床稳定，稳定的水位流量关系一般发生在河床稳定，河道坡度较大，河段顺直的山区河流河道坡度较大，河段顺直的山区河流(2) 不稳

42、定的水位流量关系不稳定的水位流量关系在天然河道里，由于在天然河道里，由于河床冲淤，洪水涨落、变动回水、河床冲淤，洪水涨落、变动回水、结冰结冰等影响，使水位与流量之间的关系不呈单值函等影响，使水位与流量之间的关系不呈单值函数关系，称不稳定的水位流量关系数关系，称不稳定的水位流量关系 冲淤影响：同一水位，受冲则断面增大，流量变大；冲淤影响：同一水位，受冲则断面增大，流量变大；受淤相反受淤相反 洪水涨落影响：同一水位，涨水时水面比降增大，洪水涨落影响：同一水位，涨水时水面比降增大，流量也增大；退水时，水面比降减小，使一次洪水流量也增大；退水时，水面比降减小，使一次洪水过程的水位流量依时序形成逆时钟方

43、向的绳套曲线过程的水位流量依时序形成逆时钟方向的绳套曲线变动回水影响：当测流断面受下游干、支流涨水、变动回水影响：当测流断面受下游干、支流涨水、闸门关闭和结冰等影响时，会引起回水顶托，致使闸门关闭和结冰等影响时，会引起回水顶托，致使水面比降变小，同水位流量较不受回水影响时减小，水面比降变小，同水位流量较不受回水影响时减小，水位流量关系点据偏向稳定水位流量曲线左侧水位流量关系点据偏向稳定水位流量曲线左侧二二 水位流量关系曲线的延长水位流量关系曲线的延长由于高水时历时短流速大、枯水时水浅流速小，施由于高水时历时短流速大、枯水时水浅流速小，施测困难，往往难以测得最大洪峰流量和最小枯水流测困难，往往难

44、以测得最大洪峰流量和最小枯水流量，因此必须对水位流量关系曲线进行高、低水延量，因此必须对水位流量关系曲线进行高、低水延长，从而获得全年完整的流量过程长，从而获得全年完整的流量过程一般要求高水外延部分不超过当年实测流量对应水一般要求高水外延部分不超过当年实测流量对应水位变幅的位变幅的30，低水外延部分不超过，低水外延部分不超过l0 1 水位流量关系的高水延长水位流量关系的高水延长(1) 根据水位根据水位(Z) 过水断面面积过水断面面积(A)，水位，水位 流速流速(V)关关系曲线进行延长系曲线进行延长适用于河床稳定，水位面积、水位流速关系点集中，适用于河床稳定，水位面积、水位流速关系点集中，曲线趋

45、势明显的测站曲线趋势明显的测站延长依据：高水位时，水位过水断面面积、水延长依据：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，而且位流速的关系曲线常为一线性关系，而且水位水位流速曲线趋近于竖直线流速曲线趋近于竖直线，可按此趋势延长。然后用，可按此趋势延长。然后用延长的水位与其相应流速的乘积来延长水位流量曲延长的水位与其相应流速的乘积来延长水位流量曲线线Z(m)Q/ A / VZ QZ VQ=VAZ A Z Q曲线高水延长步骤：曲线高水延长步骤：u由实测资料绘制各关系曲线（高水位时水位由实测资料绘制各关系曲线（高水位时水位面积曲面积曲线根据实测大断面资料计算延长）线根据实测大断面

46、资料计算延长）;v 将水位流速关系曲线按将水位流速关系曲线按竖直线趋势延长竖直线趋势延长； 将延长部分各级水位的流速与其相应的过水面积将延长部分各级水位的流速与其相应的过水面积相乘相乘，即得到延长部分的流量，据此延长流量水位关系曲即得到延长部分的流量，据此延长流量水位关系曲线线BH (2) 根据曼宁公式进行延长根据曼宁公式进行延长(适用于宽浅型河道适用于宽浅型河道)：2132213211/IHnIRnV 式中，式中， n 河床糙率河床糙率; R 水力半径水力半径; I 水面比降水面比降; 断面的平均水深断面的平均水深H计算断面平均流速的曼宁公式为：计算断面平均流速的曼宁公式为：根据测站的具体情

47、况，有二种方法进行延长：根据测站的具体情况，有二种方法进行延长：2BHBHRHHBB 点绘点绘Z(中低水位中低水位) n(糙率糙率)的关系，的关系，顺势延长顺势延长高水高水位段位段Z n关系曲线关系曲线(呈直线关系呈直线关系)，则求得，则求得高水位的高水位的糙率糙率n 具有比降和糙率观测资料的测站：具有比降和糙率观测资料的测站：已知实测的流速已知实测的流速V 水面比降水面比降I 断面面积断面面积F的关系的关系按以下几个步骤进行：按以下几个步骤进行：2132213211/IHnIRnV 根据公式根据公式实测段实测段nZ高水位段高水位段高水位时，高水位时，Z n 呈直线关系呈直线关系求高水位时断面

48、的求高水位时断面的平均流量平均流量：2/13/22/13/211IHnIRnV注：需要高水位时实测的注：需要高水位时实测的平均水深平均水深 和比降和比降 IHb 按曼宁公式求高水位时断面的平均流速：按曼宁公式求高水位时断面的平均流速：得出高水位时得出高水位时 Z 关系曲线关系曲线QQV A 由曼宁公式及河道特点有：由曼宁公式及河道特点有： 河道宽浅，缺乏比降和糙率资料的测站：河道宽浅，缺乏比降和糙率资料的测站：HBHBBHHBR 21122223311VR IH Inn 由上式可知，只要知道高水位时的由上式可知，只要知道高水位时的 和和 ，即可求得高水位时的流量，即可求得高水位时的流量Q) )

49、( (211/In2/3AH( () )2 / 31/ 21/ 22 / 311QAVAHIIAHnn( () )( () )( () )1/ 22 / 31IVHn( () ) = =/ /1/22/31()()AVIAHnb 计算并绘制一般水位下的计算并绘制一般水位下的 关系曲线，因关系曲线，因32/HVZ在高水位部分，在高水位部分，近似常数，则可对近似常数，则可对211/In关系曲线关系曲线按直线趋势延长按直线趋势延长211/InZ3232211/HVRVIn 关系曲线关系曲线211/InZ，即绘制，即绘制d 根据根据实测资料实测资料，点绘，点绘 关系曲线关系曲线(包括高包括高水位部分水

50、位部分)2/3ZAH 高水位部分，有不同水位相应的高水位部分，有不同水位相应的 与与 值，则可得到高水位时相应的流量值，则可得到高水位时相应的流量:23AH()() )( (211In1/22/31QAVIAHn()()()() 按此外延按此外延 Z Q的关系曲线，即得到高水位的的关系曲线，即得到高水位的Z Q关系曲线关系曲线AA2/ 12/ 1KARQCIK(3)史蒂文斯法：水深不大，河面较宽且河段顺直无漫史蒂文斯法：水深不大，河面较宽且河段顺直无漫滩的河流，可用平均水深滩的河流，可用平均水深 代替水力半径代替水力半径R，且在高，且在高水部分谢才系数水部分谢才系数C值和水面比降值和水面比降I

51、变化不大，变化不大， 近似等于近似等于一常数一常数K，则由明渠流量计算公式：，则由明渠流量计算公式：2/12/12/12/1ARCIRCIAQHRH1/2QKAH据实测大断面和流量资料，计算据实测大断面和流量资料，计算 填表填表1 / 21 / 2,AHHAHB因高水位时因高水位时 近似于直线，故可顺势延长近似于直线，故可顺势延长1/ 2QAH由由a点引一条水平线，交点引一条水平线，交 的延长线于的延长线于b，由，由b作一垂线与所知水位引出的水平线相交于作一垂线与所知水位引出的水平线相交于c点，根据点，根据c延长延长Z Q 曲线，曲线，c点即对应流量点即对应流量1/ 2QA H史蒂文斯法具体步

52、骤史蒂文斯法具体步骤 (图见图见P56 ) ：根据表内最后一列数据，将根据表内最后一列数据，将 曲线绘至曲线绘至a点点1 / 2ZA H绘制绘制 关系曲线关系曲线 1/21/2,ZQ ZAHZA QAH（1）确定断流水位，即）确定断流水位，即流量为零时的相应水位流量为零时的相应水位（2）以断流点为控制点，将实测资料获得的水位）以断流点为控制点，将实测资料获得的水位-流流量关系曲线按趋势向下延长量关系曲线按趋势向下延长2 水位流量关系的低水延长：水位流量关系的低水延长： 因此，低水延长的关键就是因此，低水延长的关键就是确定断流水位确定断流水位(1) 据河段纵断面资料确定断流水位：据河段纵断面资料

53、确定断流水位： 以以测站下游浅滩、石梁的顶面高程测站下游浅滩、石梁的顶面高程或或测流断面最低测流断面最低点的高程点的高程(仅在河底为单一顺坡时仅在河底为单一顺坡时) 作为断流水位作为断流水位|断流水位的确定：断流水位的确定：Z0石梁石梁/ /浅滩浅滩Z0Qa Qb QcZZcZbZa实测部分实测部分延长部分延长部分(2) 分析法确定断流水位：分析法确定断流水位： 测站横断面较规则，无边滩、分流现象时，可近测站横断面较规则，无边滩、分流现象时，可近似认为中低水流量满足：似认为中低水流量满足：0()nQK ZZ 式中，式中，Z0 断流水位；断流水位； n, K 经验常数经验常数在实测在实测Z Q

54、关系曲线中低水位的弯曲部分，取关系曲线中低水位的弯曲部分，取(Za，Qa)、 (Zb，Qb)、(Zc，Qc)三个点，使其满足：三个点，使其满足：将将(A)代入上式得：代入上式得：cabQQQ 2bcabcaZZZZZZZ220 Qa Qb QcZ0ZZcZbZa以（以（Z0，0）为控制点，延长得低水曲线）为控制点，延长得低水曲线三三 水位流量关系曲线的移用水位流量关系曲线的移用规划设计中，常需要将邻近水文站的水位流量关系移规划设计中，常需要将邻近水文站的水位流量关系移用到设计断面上，移用方式有两种：用到设计断面上，移用方式有两种： 用设计断面的水位与水文站断面同时刻水位所得的用设计断面的水位与水文站断面同时刻水位所得的流量点绘关系曲线流量点绘关系曲线 依靠水力学办法推算设计断面的水位流量关系依靠水力学办法推算设计断面的水位流量关系l 当两者相距不远且其间的流域面积不大，河段内无当两者相距不远且其间的流域面积不大，河段内无明显的出流和入流时，可在设计断面设立临时水尺，明显的出流和入流时，可在设计断面设立临时水尺，与水文站同步观测水位与水文站同步观测水位 因两处流量相等，可用设计断面的水