水文学3

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1、2010-11-241 第三章第三章 河流水文观测与数据处理河流水文观测与数据处理 水文数据获取途径水文数据获取途径 水位观测及资料处理水位观测及资料处理 3.1 3.2 3.3 水文测站的设立水文测站的设立 流量观测及资料处理流量观测及资料处理3.4 工程水文学工程水文学 Ch.3 3.6水文调查水文调查 本章核心内容 掌握掌握：1）水文测站选址原则；：1）水文测站选址原则； 2）水位观测及资料整理；2）水位观测及资料整理； 3）流量观测及资料整理；3）流量观测及资料整理； 4）水位-流量关系曲线4）水位-流量关系曲线 5）洪水调查要素5）洪水调查要素 理解：1）各种观测断面布设及其意义；理

2、解：1）各种观测断面布设及其意义； 2）水位-流量关系影响因素。2）水位-流量关系影响因素。 2010-11-243 水文测验水文测验：是指系统地搜集和整理水文资料的全部技术 过程。 ：是指系统地搜集和整理水文资料的全部技术 过程。 水文资料获 取两条途径： （1）水文观测或称测验 （2）水文调查 水文资料获 取两条途径： （1）水文观测或称测验 （2）水文调查 过程包括：水文站布设、 水文测验、资料处理。 过程包括：水文站布设、 水文测验、资料处理。 水文数据获取途径水文数据获取途径3.1 基本途径基本途径 用于插补或延长 水文资料系列 用于插补或延长 水文资料系列 水文调查水文调查：是通过

3、现场踏勘、测量、历史文字记载等的 收集、分析整理，获得相关信息。 ：是通过现场踏勘、测量、历史文字记载等的 收集、分析整理，获得相关信息。 2010-11-24 4 根据水文站的测验资料，可以掌握各地水文要素变化规 律，为工程的规划设计、水资源评价和开发利用、工程 建筑物的防洪、管理运用、水资源保护、科学研究等提 供水文分析资料。 根据水文站的测验资料，可以掌握各地水文要素变化规 律，为工程的规划设计、水资源评价和开发利用、工程 建筑物的防洪、管理运用、水资源保护、科学研究等提 供水文分析资料。 水文测验意义水文测验意义 用于完善和延长水文资料系列，满足具体工程的规划 设计、防洪、管理运用及科

4、学研究等的需要。 用于完善和延长水文资料系列，满足具体工程的规划 设计、防洪、管理运用及科学研究等的需要。 水文调查意义水文调查意义 2010-11-245 1 水文测站水文测站 在指定地点(或断面)按统一标准对所需要的 水文要素作 在指定地点(或断面)按统一标准对所需要的 水文要素作系统观测，系统观测，以获取信息并进行处 理为即时 以获取信息并进行处 理为即时观测信息观测信息的工作站点或机构。的工作站点或机构。 3.2 水文测站的设立水文测站的设立 分 为 ： 分 为 ： 基本站基本站 单项站单项站 工作内容：观测水位、流量、 泥沙、降水、蒸发、水温、冰 凌、水质、地下水位等，并进 行观测资

5、料整理、数据处理、 信息传递等。 工作内容：观测水位、流量、 泥沙、降水、蒸发、水温、冰 凌、水质、地下水位等，并进 行观测资料整理、数据处理、 信息传递等。 分为：水位站 雨量站 流量站 分为：水位站 雨量站 流量站 2010-11-246 测站位置的选定，即选择测验河段。测站位置的选定，即选择测验河段。 根据观测内容布设根据观测内容布设水文要素水文要素观测断面。观测断面。 是保证观测精度和资 料一致性的前提。 是保证观测精度和资 料一致性的前提。 水位、流量、泥沙量、冰清是主要反映河流 水文的要素，与土木工程等关系密切。 水位、流量、泥沙量、冰清是主要反映河流 水文的要素，与土木工程等关系

6、密切。 2 测站设立内容测站设立内容 （1）水文测站设立（1）水文测站设立 2010-11-247 1）基线、水准点； 2）各种断面: 基本水尺断面 流速仪测流断面 浮标测流断面 比降断面。 1）基线、水准点； 2）各种断面: 基本水尺断面 流速仪测流断面 浮标测流断面 比降断面。 如动画图如动画图。 （2）测站观测断面布设（2）测站观测断面布设 2010-11-248 A Qu dA= r QAV= 测流断面测流通过观测流速、断面面积得到：测流断面测流通过观测流速、断面面积得到： 稳定的断面上，水位稳定的断面上，水位-流量有较稳定的统计关系流量有较稳定的统计关系 ZQ 因此，测验河段应尽量满

7、足顺直、稳定、水流均匀。因此，测验河段应尽量满足顺直、稳定、水流均匀。 （3）选择测验河段的原则（3）选择测验河段的原则 1）主要考虑满足设站目的要求； 2）保证 ）主要考虑满足设站目的要求； 2）保证测验精度测验精度，并有利于简化水文要素的，并有利于简化水文要素的 观测观测和信息的和信息的整理分析整理分析工作，即工作，即测站的水位与流 量之间呈良好的稳定关系(单一关系) 测站的水位与流 量之间呈良好的稳定关系(单一关系)。 2010-11-249 (1) 河段(1) 河段顺直段长度顺直段长度应不少于洪水时主河槽宽度 的35倍，以避免非顺直段的影响； (2) 应不少于洪水时主河槽宽度 的35倍

8、，以避免非顺直段的影响； (2) 避开避开变动回水区、漩涡区，以保证主流尽量平顺； (3) 河床、河岸 变动回水区、漩涡区，以保证主流尽量平顺； (3) 河床、河岸冲淤变化不明显冲淤变化不明显； (4) 河段 ； (4) 河段无严重漫滩无严重漫滩和任意的分流； (5) 在结冰河流上，应 和任意的分流； (5) 在结冰河流上，应避开冰塞避开冰塞和冰坝区域； (6) 便于布设测验设施的河段。等等。 和冰坝区域； (6) 便于布设测验设施的河段。等等。 (4) 测验河段具体条件：(4) 测验河段具体条件： 河流稳定河流稳定 gh v Fr=1= ghA Q 天然河流水流状态：缓流、急流、临界流天然河

9、流水流状态：缓流、急流、临界流 缓流急流转变，产生跌水缓流急流转变，产生跌水 急流缓流转变，产生壅水急流缓流转变，产生壅水 临界流满足：临界流满足： 观测断面应选在控制（临界流）断面上。观测断面应选在控制（临界流）断面上。 可按均匀流 态计算 可按均匀流 态计算 （3-3）（3-3） 2010-11-2411 水位水位：是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的：是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由 水面的高程 自由 水面的高程，以m计。，以m计。 水位观测及资料处理水位观测及资料处理3.3 1 水位观测：水位观测： 计 值 基 准 面： 计 值 基 准 面： 我国目前统一采用我国目前统一采用黄 海

10、基面 黄 海基面作为绝对基面。 但各流域建站时 采用了不同的基面， 如大沽、吴淞、珠江 等基面，并一直沿用。 使用资料时，注意基 面的一致性。 作为绝对基面。 但各流域建站时 采用了不同的基面， 如大沽、吴淞、珠江 等基面，并一直沿用。 使用资料时，注意基 面的一致性。 水位观测的作用水位观测的作用： (1) 为水利、水运、防 洪、防涝提供直接资料， 如堤防、坝高、桥梁及涵 洞、公路路面标高的确 定； (2)为推求其他水文数据 而提供间接资料，如由水 位推求流量。 (1) 为水利、水运、防 洪、防涝提供直接资料， 如堤防、坝高、桥梁及涵 洞、公路路面标高的确 定； (2)为推求其他水文数据 而

11、提供间接资料，如由水 位推求流量。 2010-11-2412 常用设备有水尺和常用设备有水尺和自记水位计两类自记水位计两类 ( (观看动画观看动画)。)。 水尺水尺 水尺有不同的构造 形式，可分为直立式、 倾斜式、矮桩式与悬锤 式4种。应用最广泛的 是直立式水尺， 水尺有不同的构造 形式，可分为直立式、 倾斜式、矮桩式与悬锤 式4种。应用最广泛的 是直立式水尺，如动画如动画 图图所示。观测时记录水 尺读数，水位按下式计 算： 所示。观测时记录水 尺读数，水位按下式计 算： 水位水位 =水尺=水尺读数读数 +水尺+水尺零点高程零点高程 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。

12、 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。 2 水位观测设备：水位观测设备： 基面、 水准点、 水尺零点 和水位的关系 基面、 水准点、 水尺零点 和水位的关系如动画图如动画图所示。所示。 目前，超声原理的接触与非接触的自动水位计有广泛应用。目前，超声原理的接触与非接触的自动水位计有广泛应用。 2010-11-2414 包括包括基本水尺基本水尺和和比降水尺比降水尺的水位观测。的水位观测。 基本水尺的观测基本水尺的观测是分段定 时观测。 是分段定 时观测。 水位变化缓慢时(日变幅在0.12m 以内)，每日8时和20时各观测一 次(8时是基本时)；枯水期日变 幅在0.06m以内

13、，日观测1次；日 变幅在0.120.24m时，日观测4 次；洪峰出现时需加测。 水位变化缓慢时(日变幅在0.12m 以内)，每日8时和20时各观测一 次(8时是基本时)；枯水期日变 幅在0.06m以内，日观测1次；日 变幅在0.120.24m时，日观测4 次；洪峰出现时需加测。 比降水尺观测比降水尺观测的目的是的目的是计算水 面比降 计算水 面比降，分析，分析河床糙率河床糙率等。其 观测时间和次数，视需要而 定。 等。其 观测时间和次数，视需要而 定。 水位观测精度：水位观测精度： 一般为误差小于1cm。一般为误差小于1cm。 3 观测及资料处理观测及资料处理 2010-11-2415 水位资

14、料整理包括：水位资料整理包括：计算日平均水位计算日平均水位、月平均水位 和年平均水位，及摘录汛期水位变化过程。 、月平均水位 和年平均水位，及摘录汛期水位变化过程。 计算日平均水位的两种方法： （ 计算日平均水位的两种方法： （1）算术平均法； （ ）算术平均法； （2）时段加权平均法。）时段加权平均法。 （1）算术平均法：）算术平均法：适用条件是一日内水位变化不大，且 系等时距观测的水位。计算公式 适用条件是一日内水位变化不大，且 系等时距观测的水位。计算公式 = = n i i Z n Z 1 1 (3-4) (3-4) 2010-11-2416 ()() nnnnn tzttzttztz

15、Z+= 1121110 48 1 L （3-5） Z0 Zn-1 Z1 Z2 Z3 Zn-2 Zn ti （2）时段加权平均法：）时段加权平均法：适用条件是一日内水位变化大 且不等时距观测的资料。 适用条件是一日内水位变化大 且不等时距观测的资料。 图3-3图3-3 公式公式 2010-11-2417 表3-1某站1983年逐日平均水位表表3-1某站1983年逐日平均水位表 日月一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月 143.8844.3448.2648.0346.3746.1844.9044.1843.7743.7043.6243.12 28345.099447.3047.07

16、3890016644.126308 380274646.705347.5545.0543.8863505908 48340262548.454244.967870515212 544.0665130247.9550787076304511 3044.1550.9246.4746.7545.0344.8044.0843.6943.6543.1743.14 311549.48334043.906423 平均44.7345.7048.0847.1247.2946.6144.4844.1144.0643.8443.3943.05 最高46.8849.2151.0849.0449.2750.1445.4345.3844.7544.5843.6343.25 日期1026301913212926214131 最低43.8044.1946.1645.8245.9844.9743.8143.6643.6243.6043.1642.93 日期311062130268