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1、湖北师范学院城市与环境学院宜昌水文与地貌实习报告专 业 地理科学 班 级 1301 姓 名 宋朝清 学 号 2013119010107 2014 年 12 月 7 日1一、实习目的（1）了解和掌握水文观测的常用方法和技术手段，在条件允许的情况下，进行动手操作和实地观察。认真听取有关专业人员的讲解与指导，加深对水文仪器的认识，初步掌握一些水文仪器的具体操作流程，提高实际观察能力与动手操作能力。（2）通过对野外系列、典型的水文现象的观察、认识、描述和分析，获得感性认识，掌握一些野外工作方法和技能，加深对本专业所学基础理论、知识和方法的理解，进而培养学生专业性的思维与分析能力，为以后专业的深入学习与
2、进一步发展打下良好的根基。（3）通过对三峡大坝等水利工程的见习，了解三峡大坝的概况、水库建设对流域水文要素的影响以及水利工程产生的水文效应。（4）通过对三游洞的见习，认识水力作用下形成的岩溶地貌，并了解、分析其形成过程。（5）通过野外实践锻炼，了解团队协作的重要性。开阔眼界，激发学生对本专业的兴趣。同时，增强体质，适应野外工作环境。二、仪器与设备流速仪、透明度盘、轻便风速仪、测深杆、手持 GPS、地质罗盘仪、地质锤、放大镜、干湿球温度计、水色对比仪、深水温度计、大小卷尺、标签纸、土壤水分测量仪、记录本等。三、实习内容实习时间：2014 年 11 月 21 日2014 年 11 月 23 日实习
3、地点：宜昌水文站、三游洞、三峡大坝实习内容：（1）水文仪器的认识与使用认识降雨、蒸发、水位、流速、流量、含沙量等测验仪器，掌握部分仪器的原理、安装与使用（2）水情要素的观测与统计分析（3）水文站点的分类、布设原则及实际设立（4）水循环的环境效应及水量平衡相关知识（5）人类活动：水利工程三峡大坝的建设及其水文效应2（6）岩溶地貌的分类及其形成过程分析实习方法：（1）实地考察观察水文站的水文观测设施，听老师和技术人员讲解其观测对象和使用方法（2）实际测量在水文站里用现有条件测量河水的流速、水位等（3）查阅资料查阅书籍，了解更多的岩溶地貌相关知识与水文测量的方法宜昌水文站1.宜昌水文站概况长江宜昌水
4、文站位于湖北省宜昌市，始建于 1877 年，地处长江流域气候变化的敏感区。1946 年位于长江干流上中游交汇点宜昌滨江公园的宜昌水文站正式设立，是控制长江上游来水来沙的总控制站。宜昌水文站属于国家一类基本水文站，地理位置：东经 117度 17 分，北纬 30 度 42 分，集水面积 1005501 平方千米，占全流域面积的 55%。图一 宜昌区域示意图宜昌水文站基本断面位于曲率约 22 千米的一弯曲河道上，年水位变幅约 17 米，水面宽 630-780 米。主要开展收集水位、流量、含沙量、降水、水质监测等水文测验项目。几十年来，宜昌水文站这座跨越世纪的百年老站为长江中下游防汛和葛洲坝、三峡工程
5、以及地方建设收集、提供了数以吨计的优质水文资料，被称为维护健康长江的“侦察兵”是长江水文第一批实现信息化的现代化站点。该站警戒水位为 53 米，保证水位为 55.733米，最高水位为 55.92 米，发生于 1896 年 9 月 4 日。作为国家重要测报站，宜昌水文站承担着向国家防总、长江防总、及地方防汛部门报汛的重任。现代化的测报设备、IS09001-2000 标准质量管理体系、动船 GPS 定位、ADCP 和微机测流、水位及雨量自记远传和固态储存、水文信息的网上检索等使其具备全天候施测的能力，极大地提高了其为民服务的水平。2.水文仪器的认识与使用2.1.雨量计2.1.1 虹吸式雨量计当雨水
6、经漏斗进入测量筒后，筒内的浮子随水位升高。当筒内贮满 10（或 20）毫米雨量时，在短时间内发生一次虹吸，将筒内的存水一次排出，使浮子重新从零位开始记录。浮筒上所带自记笔尖可在钟筒上画出降雨量随时间累积的过程。2.1.2 翻斗式雨量计其测量器是两个三角形的翻斗，每次只有其中的一个翻斗正对漏斗口。当翻斗盛满 0.2毫米降水时，由于重心外移而翻到，将盛水倒出，同时使第二个翻斗移到漏斗口下，由翻斗交替次数和时间的记录可得降水资料。2.2 水尺和压力式水位计2.2.1 水尺设在顺直的河道旁，水尺的读数加上已知水尺零点高程（相对于基面的高差）即得到水位。基面有绝对基面和假定基面两种，绝对基面是以国家规定
7、的统一水准基面为准；假定基面是尚未接触到绝对基面的地方，采用低于河床最低处作为标准。2.2.2 压力式水位计图二 虹吸式雨量计意图4将传感器固定在河底，用引压管消除大气压力从而直接测得水位。压力式水位计有两种，一类为气泡型，在引压管中不断输气，用自动调节的压力天平将水压力转换成机械转角量，从而带动记录机构。另一类为电测型，它应用固态压阻器件作传感器，可直接将水压力转变成电压模量或频率量输出，用导线传输至岸上进行处理和记录。2.3 流速仪2.3.1 旋桨式流速仪一种江河水文测速仪器，测定流水中预定测点的时均流速，可用于江、湖、水库等水体，进行各种高、中、低流速测量。2.3.2 走航式 ADCP（
8、声学多普勒流速剖面仪）目前世界上最先进的河流流速流量实时测量设备，利用声学多普勒效应进行测流，具有历时短、采集数据量大、不扰动流场等诸多优点。测验设备实际上包括：ADCP 换能器（4 个探头）以及 ADCP 操作软件等两个主要组成部分，仪器性能十分稳定，是一种快速、有效的测流装置。走航式 ADCP 主要测量如下数据：相对流速（由“水跟踪”测出） ，船速（由“底跟踪”测出，或由 GPS 算出） ，水深（由河底回波强度测出，类似于回声测深仪） ，船的船行轨迹（由船速和计时数据算出，或由 GPS 算出） 。图三 ADCP 测流系统硬件总体框架图2.4 推移质采样器推移质采样器是采集推移质沙样，测定单
9、位宽度的推移质输沙率的仪器，分为沙质推移质采样器和卵石推移质采样器。前者用于沙质推移质（16mm）测验。2.5 测沙仪2.5.1 超声测沙仪利用超声波在水体中传播水中悬浮微粒介质的声吸收原理，通过测量超声通过含沙水体的相对衰减量来测量含沙量。声吸收系数与悬浮微粒密度、水体密度、流体动力黏5滞系数及微粒粒径等有关。超声测沙仪为在线实时测量河流含沙量的仪器，能够方便、精确地完成在线测量的任务，但仪器的主要技术指标目前只见报道。国内有几家单位在研制，目前还未见产品。2.5.2 同位素测沙仪同位素测沙仪是利用核放射源（Cs（铯）或 Am（镅）元素）放射出的 射线穿透浑水的衰减情况进行含沙量测量的，由放
10、射源、 射线探测器等组成。水中含沙量愈大， 射线被泥沙吸收的愈多，进入探测器的 射线就俞少，转变成的电信信号就愈小。 射线透射强度与含沙量呈一定关系变化，利用此原理即可通过测量电压变化来计算出含沙量。3.水情要素的观测和统计分析3.1 水位3.1.1 水位观测的基本要求（1）水位观测的次数，应能完整地控制水位涨落的变化过程，以便满足日平均水位计算、特值统计、推求流量变化过程和水文情报预报等方面的需要。应不漏测峰、谷和明显的转折点，水位涨落急剧时应加密测量的次数。每日 8 时为基本定时观测时间。（2）水位观测精度应满足使用要求。在一般水位观测过程中，水尺读数和水位值应精确至 0.01m。在小落差
11、河段上观测比降、堰闸水头或有其他特殊精度要求时，应准确测记至 0.005m，时间应记录至分。（3）根据观测对象的特点，必要时应将明显影响水位观测精度与水位变化的水文气象要素和现象作为附属项目，如风力、风向、水面起伏度、流向以及漫流、分流、决口、临时堤坝、闸门闭启情况、回水、河干断流、冰情等。同时进行简要的观测和记载，以供分析和资料整编时查证。3.1.2 水位观测的基面选择（1）绝对基面以某一海滨地点的特征海水面为水准基面，这个特征海水面的高程定位 0.000m，为使不同的河流水位可以对比，目前全国统一采用黄海基面。（2）测站基面测站最枯水位以下 0.5-1 米作为起算零点的基面，便于测站日常记
12、录。（3）冻结基面6水文站附近没有国家水准点或没有接测条件时，暂时假定的一个水准基准面，作为本站水位和高程起算零点的基准面。 （暂时使用，以后有接测条件时，应更改为标准基面）（4）冻结基面将测站第一次使用的基面冻结下来，不再改变。 （不能更改）3.1.3 日平均水位计算（1）面积包围法：若一日内水位变化较大、且系不等时距观测或摘录，则采用面积包围法，即将当日 0-24 小时内水位过程线所包围的面积除以全天时间。其计算公式为： nnntztztztztz )()()(48 1322110 L（2）算数平均法：若一日内水位变化缓慢或水位变化较大但系等时距人工观测或从自计水位计上摘录，则采用算数平均
13、法计算。3.1.4 水情自动测报系统水情自动测报系统是利用水情自动遥测系统应用传感器、无线（或有线）通讯、计算机及遥测遥控等技术，在流域内实现实时水情、水资源信息自动数据采集、传输、处理入库等，为防汛指挥和水资源调度提供信息的一种现代化水情要素统计与分析系统。系统由中心站、中继站、遥测站、通信信道及处理软件组成。目前，宜昌水文站采用中央自动测投系统进行水情观测。表一 宜昌水文站多年洪水位特征统计值年份 最高峰水位115312271560161317881796186018961905192119451954198158.0658.4758.4556.6757.5056.8158.3255.92
14、55.1455.3355.7355.7355.383.2 流速与流量73.2.1 流速仪法测流概述在河道选取一个断面，设置 n+1 个横向测点，相邻测点间距离分别记为 、1b、 ， 。测出每个横向测点处的水深，记为 、 、 ， ；测出每个横向测点的2bLn 0d1Lnd流速，记为 、 、 ， 。0mv1Lmnv断面形状模拟采用分段线性插值方法，即将相邻两个点用直线连接。以测速垂线为分界将过水断面划分为若干部分，部分面积采用梯形面积计算公式，见公式（1） 。部分平均流速计算见公式（2） 。断面流量通过公式（3）得出。部分面积计算公式：（1）.,2121 nibdAiii L，部分平均流速计算公式
15、：（2）.,1,32,1)1()(niVimiiiL断面流量计算公式：（3）.,2,iAQL其中， 为第 部分面积（ ） ； 为第 部分断面平均流速（ ） ； 为岸边流速i miVsm系数； 为断面流量（ ） 。s33.2.2 宜昌水文站人工测流方法简介通常采取布设站点测水下大断面布设垂线（均匀）五点法测流速（在各垂线上）的方法进行，具体可分为以下三种操作方式：（1）二十五线五点法：在断面上均匀布设 25 条垂线，进行精密测量，分别获取0.0、0.2、0.6、0.8、1.0 倍水深处的流速，每年测量两次。（2）十一线两点法：在断面上均匀布设 11 条垂线，或者在原有二十五线五点法的基础上，精简
16、垂线至 11 条。进行常规测量，分别获取 0.2、0.8 倍水深处的流速。（3）简测法：只布设一条垂线，也称一线一点法，仅获取 0.6 倍水深处的流速，一般不采用。8流速计算公式：五点法： 10)23( 0.18.6.2.0. VV两点法： )6.2.0一点法： 6.0V3.2.3 走航式 ADCP 流量流速测定（1）基本工作原理在工作时，ADCP 向水体发射固定频率的超声短脉冲，这些短脉冲碰到水体中的散射体（浮游生物、泥沙等）就会发生散射。从散射体返回的信号在频率上与发射波之间的频率改变，称作多普勒频移。根据这一频移的大小和符号（正负） ，可计算水流相对于ADCP 的速度。而从每个波速接收到的回波信号可得到水流的东向、北向和垂向速度分量。同时，向水底发射底跟踪脉冲，测出测船的运动速度以及水深，然后将水流相对速度扣除船速便得到水流的绝对速度。
