第4章__流量测验[1].ppt

1、第4章 流量测验,4.1 概 述,流量:单位时间内流过江河某一横断面的水量，以m3s计。 一、流量测验方法分类 （一）面积法 通过实测断面上的流速和过水断面面积来推求流量。 流速仪测流法： 比降面积法： 浮标测流法：,(二)水力学法 通过测量水工建筑物的水力因素，代入相应的水力学公式算出流量。 (三)物理法 利用某种物理量在水中的变化来测定流速，并推算流量。 超声波法：通过测定超声波在水流中的传播时间来测定水流速度，并结合断面资料来推求流量的方法。 电磁法：利用电磁感应原理，根据水流切割磁场所产生的感应电势与水流速度成正比的关系来测定流速，并结合断面资料以推求流量的方法。 光学法:利用光学原理

2、研制的流速仪。 (四)化学法 根据质量守恒定律，将一定浓度已知量的指示剂注入河水中，利用扩散稀释后的浓度与水流的流量成反比，测定水中指示剂的浓度即可推算.,二、河道中流速的分布,（一）流速脉动 概念: 分布情况:,(二)河道中流速分布 1.垂线上的流速分布 一般水面的流速大于河底，且曲线呈一定形状。 封冻的河流或受潮汐影响的河流，其曲线呈特殊的形状。,2断面的流速分布 河底与岸边附近流速最小； 冰面下流速、近两岸边的流速小于中泓，水最深处水面流速最大； 垂线上最大流速，畅流期出现在水面至0.2h范围内，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，等流速曲线形成闭合状。,

3、4.2 断面测量,流速面积法测流原理 将河道断面划分为若干部分，测算出各部分断面的面积，用流速仪测流速并计算出各部分面积上的平均流速，两者的乘积，即为部分流量，各部分流量的和为全断面的流量，即： Q=qi qi=vi*fi 工作实质：断面测量 流速测量,具体内容： (1)根据河流情况在测流横断面布设测流垂线; (2)沿各条垂线测定其起点距和水深； (3)在各测速垂线上测量各点的流速。,测量的内容：水深、起点距和水位 基本概念： 横断面:垂直于河道或水流方向的截面称之横断面。 河床线:断面与河床的交线. 水道断面:指某水位以下与河床线之间所包围的面积,随着水 位的变化而变动,一般与测流同时施测.

4、 大断面:历史最高洪水位与河床线之间所包围的面积.包括水上和水下两部分.,4.2.1 断面测量的内容和要求,大断面测量要求 1.测量范围 水上部分高程采用四等水准测量，水下部分测量各垂线水深并观读测深时的水位。 大断面测量测至历史最高洪水位以上0.51.0m。 漫滩较远的河流，可只测至洪水边界。 有堤防的河流，应测至堤防背河侧地面为止。 2.测量时间 大断面测量宜在枯水期单独进行。 水道断面测量一般与流量测验同时进进行。,3测量次数 新设测站 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。 断面设立后 河床稳定的测站:每年汛期前复测1次； 河床不稳定的站:除每年汛前、汛后施测

5、外，每次较大洪峰后加测(汛后及较大洪峰后，可只测量洪水淹没部分) 。 4精度要求 大断面岸上部分采用四等水准测量。地形复杂的测站可低于四等水准测量。,4.2.2 水深测量,（一）测深垂线的布设 1.垂线的布设原则 测深垂线的位置和数目，应能控制河床变化的转折点，主槽部分较滩地为密。 2.测深垂线数目的规定,（二）水深测量的方法 1.测深杆、测深锤测深 2.铅鱼测深 3.超声波测深仪测深,4.2.3 起点距测定,测量方法: 直接量距法 建筑物标志法 地面标志法 断面索法 仪器测角交会法 无线电定位法等,起点距: 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。,仪器测角交会法 1.平面交

6、会法 经纬仪交会法 平板仪交会法 六分仪交会法。,两种情况: a.当基线不垂直于断面 b.基线垂直于断面时 影响因素:,2. 极坐标交会法 测量方法 从三维空间概念出发,利用极坐标与直角坐标互换原理,以测定任何一点的位置. 特点: 避免了瞄断面线而带来的起点距测量误差，克服平面交会法的缺陷，保证了测量精度。,无线电定位法(GPS定位系统),1.GPS的由来与组成 GPS是英文Global Positioning System的字头缩写词GPS的简称。 组成:GPS系统包括3大部分： 空间部分-GPS卫星星座；由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。 地面控制部分-地面监控系统；包括一个主控站、

7、3个注入站和5个监测站。 用户设备部分-GPS信号接收机。实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。,2GPS定位的精度问题 单点定位:1台接收机来接收GPS卫星信号进行定位的， 开机几秒钟后就可实现定位，精度为10米左右。 GPS差分测量:2台或多台测码型接收机同时工作。精度可达0.22m. 相对定位测量:用2台以上接收机同时观测相同的卫星， 通过对观测数据组差求解后，解算出两测点之间的基线向量。能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位成果，并达到厘米级精度。,3.关于GPS RTK测量 4.GPS系统的特点 (1)定位精度高。 (2)观测时间短。 (3)站间无需通视。 (4)可提

8、供三维坐标。可满足四等水准测量的精度。 (5)操作简便。 (6)全天候作业.,4.2.4 断面资料的整理与计算 检查测深与起点距垂线数目及编号是否相符； 测量时的水位及附属项目是否填写齐全； 计算各垂线起点距； 根据水位变化及偏角大小，确定是否需要进行水位涨落改正及偏角改正； 计算各点河底高程并绘制断面图； 计算断面面积等。,沭河重沟站流速仪测流断面图,沭河重沟站实测大断面成果表,(一)测深偏角改正,(1)湿绳改正,冲力分配系数：,（2）干绳改正,实际应用: 1)湿绳改正： 根据悬索偏角，湿绳长度及悬索直径、铅鱼重量，求得*，再由悬索偏角及湿绳长度Lk，查表得湿绳改正数L，求得垂直水深h为：

9、h=Lk -L 2) 干绳改正：根据悬索偏角及悬架支点至水面高差D，从表中可查得干： D=AO=AB-干,(二)计算河底高程及绘制大断面图,1.测深垂线河底高程的计算 以开始与终了水位的平均值减去各垂线水深 2.绘制水道断面及大断面图 以垂线起点距为横坐标，河底高程为纵坐标绘制。,沭河重沟站实测大断面成果表,1.水道断面面积计算 2.大断面计算 分析法和图解分析法：,(三)断面面积的计算,4.5 流速仪测速,一.流速仪介绍 分类： 转子式: 旋浆式 旋杯式 非转子式: 超声波流速仪 电子流速仪等,二.转子式流速仪 (一)工作原理和计算方法 工作原理 计算公式 V=KN/T+C K-水力螺距，表

10、示流速仪的转子旋转一周时，水质点的行程长度； N-流速仪在测速历时T内的总转数; T-测速历时； C-附加常数。,(二)测流原理,河流横断面上的流速分布是不均匀的。横断面上流速分布可用函数式： v=f(h,B) 全断面的流量可用积分法求得：,Q=,Q=qi,测流步骤,在断面上布设若干个测速垂线。 在每一条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速。 根据测点流速的平均值求得垂线平均流速。 由垂线平均流速求得部分面积平均流速，进而推得断面流量。,(三)测速的方法,方法分类： 根据布设垂线、测点的多少繁简程度可分为： 精测法、常测法和简测法 根据测速方法的不同可分为： 积点法和积深法,1.精测法、常测

11、法与简测法的简介 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，并为制定精简测流方案提供依据。 常测法:在保证一定精度的条件下，经过精简分析，或直接用较少的垂线、测点测速，测算流量。 简测法:为适应特殊水情，在保证一定精度的前提下，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 积点法: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。这是目前最常用的测速方法。 积深法:流速仪不停留在某点上测速，而是流速仪沿垂线均匀升降而测得流速。,（四）测速历时 测速历时越长，测得流速愈接近实际值，所以常测法要求每一测点

12、测速历时一般不短于100秒。 （五）测速垂线的数目与布置 测速垂线布置布设原则: (1)应均匀分布，控制断面地形和流速沿河宽分布的主要转折点。 (2)主槽较滩地为密； (3)对测流断面内大于总流量1的独股水流、串沟，应布设测速垂线； (4)可按高、中、低水位级分别布设测速垂线。 (5) 测速垂线布置应尽量固定，以便于测流成果的比较，了解断面冲淤与流速变化情况，研究测速垂线与测速点数目的精简分析等。,(六) 流向测量 时机: 新设测站 流向不稳定的测站 海洋湖泊 特殊需要 仪器: 流向仪、流向器,三.流量计算,1.计算内容: 由实测断面资料摘取垂线的起点距、水深； 由测速资料计算测点流速、垂线平

13、均流速； 计算部分断面面积、部分平均流速及部分流量; 计算断面流量和断面平均流速、相应水位等其它水力要素。,2.计算步骤： (1)垂线平均流速 (2)部分平均流速 岸边部分:V1=aVml 或Vn=aVmn 中间部分: Vi=(Vmi-1+ Vmi)/2 (3)部分面积的计算 岸边部分: 中间部分:,(4)部分流量的计算： 由各部分的部分平均流速Vi与部分面积Ai之积可得到部分流量: qi=Vi*Ai (5) 断面流量及其它水力要素的计算 断面流量Q为断面上各部分流量qi的代数和; 断面面积A为各部分面积Ai之和; 断面平均流速 V=QA 断面平均水深 h= AB B为水面宽（m）,四、相应水

14、位计算,相应水为：在水位流量关系图上与实测流量相对应的某一瞬 时水位。 1.算术平均法: 2.bVm加权法 3.部分流量加权法,第四节 浮标法测流及航空摄影测流,测流原理:观测浮标漂移速度，测量水道横断面，来推估断面流量。,注意: 浮标测的断面流量为虚流量Qf. 实际的断面流量Q=Kf*Qf 浮标系数Kf取值: 一般湿润地区可取0.850.90； 干旱地区大、中河流可取0.800.85,二、航空摄影测流法,利用航空摄影的方法对投入河流中的专用浮标、浮标组或染料等，连续拍照，根据航测照片来确定断面流量。 优点: 不受河宽和测量范围的限制，应用范围较广. 原理: 利用航空摄影测定水面流速，借以推算

15、流量。,第五节 其他流速面积法流量测验,一、缆道积宽法测流 存在问题: 1.流速为船速和水流的合成速度 2.积宽系数K的确定. 3.岸边盲区的处理. 4.流速仪横向移动速度问题.,二、比降面积测流法 通过测量比降,用水力学公式计算河段平均流速V,并测量河段的平均断面面积F,二者相乘即为断面流量. 关键:糙率n和水力半径R的确定. 适用条件:河流无法进行精度较高的测流时的近似计算方法. 三、量水建筑物测流 量水槽（巴歇尔水槽） 量水堰 ：距形堰和三角堰 四、水电站测流,四、水文自动测报系统中的几种测流仪器(补充),(一)LJX-1型便携式流速流量测算仪,组成部分： LS1206B型旋桨式流速传感

16、器、LJX-1型水文流速测算仪 （1）LS 1206B型旋桨式流速传感器 包括:感应部分，传讯机构，尾翼和测杆四个部分 (2)LJX-1型水文流速测算仪 当把流速仪与测算仪接通后直接在屏幕上显示测点流速，与计算机相接可以传输数据。,（二）时差法超声波流量计,1.测量原理 超声波在静水中以恒定的速度c传播。在有流速v的水中，顺流传播时，传播速度就应是C+v；逆流传播时，传播速度应是c-v。若测得逆流与顺流超声波的传播时间差，即可求得流速。这种方法称为时差法。,流速计算: 在河道两岸安装一对超声波换能器，声信号从A器发射，由B能器接收，所需传播时间为T1-2 相反，从B换能器发射，由A换能器接收，所需的传播时间为T2-1。,换能器安装固定后，L和是常数。,2.功能和组成 (1)功能：测到是一个水层的平均流速。 (2)组成：仪器由探头和控制记录仪器组成。,3.断面流量测验 采用多对探头测得不同水深层平均流速。若测流断面稳定时，过水断面只受水位影响。在测速的同时测得水位，得到整个过水断面面积和过水断面上的水层流速分布(见图)。计算出各层部分流量，从而