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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第三节第三节 水位观测水位观测1、水位：、水位：水面相对于某一水面相对于某一基准面基准面的高程。的高程。一、水位一、水位2、水深：、水深：水面相对于河底的高程。水面相对于河底的高程。二、水位观测二、水位观测1、仪器：、仪器：水尺水尺自计水位计自计水位计基准面基准面hz黄海海平面黄海海平面1.1 自计水位计自计水位计自动记录水位的连续变化过程。自动记录水位的连续变化过程。自动记录水位的连续变化过程。自动记录水位的连续变化过程。1.2 水尺水尺 分为分为分为分为直立式、倾斜式、矮桩式直立式、倾斜式、矮桩式直立式、倾斜式、矮桩式直立式、倾斜式、矮桩式
2、与与与与悬锤式悬锤式悬锤式悬锤式4 4 4 4种，其种，其种，其种，其中应用最广泛的是直立式水尺中应用最广泛的是直立式水尺中应用最广泛的是直立式水尺中应用最广泛的是直立式水尺 水位计算：水位计算：水位计算：水位计算： 水位水位水位水位 = = = = 水尺零点高程水尺零点高程水尺零点高程水尺零点高程 + + + + 水尺读数水尺读数水尺读数水尺读数 式中，式中，式中，式中，水尺零点高程水尺零点高程水尺零点高程水尺零点高程是指水尺板上刻度起点的高是指水尺板上刻度起点的高是指水尺板上刻度起点的高是指水尺板上刻度起点的高程，可以预先测量出来。程，可以预先测量出来。程，可以预先测量出来。程，可以预先测
3、量出来。2 水位观测的内容水位观测的内容水位的观测包括水位的观测包括水位的观测包括水位的观测包括基本水尺基本水尺基本水尺基本水尺/ / / /比降水尺比降水尺比降水尺比降水尺基本水尺的观测基本水尺的观测基本水尺的观测基本水尺的观测：分段定时观测。：分段定时观测。：分段定时观测。：分段定时观测。 当水位变化缓慢时当水位变化缓慢时当水位变化缓慢时当水位变化缓慢时( ( ( (日变幅在日变幅在日变幅在日变幅在0.12m0.12m0.12m0.12m以内以内以内以内) ) ) )，每日，每日，每日，每日8 8 8 8时和时和时和时和20202020时各观测一次时各观测一次时各观测一次时各观测一次( (
4、 ( (称称称称2 2 2 2段制观测，段制观测，段制观测，段制观测，8 8 8 8时是基本时时是基本时时是基本时时是基本时) ) ) )； 枯水期日变幅在枯水期日变幅在枯水期日变幅在枯水期日变幅在0.06m0.06m0.06m0.06m以内，用以内，用以内，用以内，用1 1 1 1段制观测；日变段制观测；日变段制观测；日变段制观测；日变幅在幅在幅在幅在0.120.120.120.120.24m0.24m0.24m0.24m时，用时，用时，用时，用4 4 4 4段制观测；有峰谷出现时，段制观测；有峰谷出现时，段制观测；有峰谷出现时，段制观测；有峰谷出现时，还要加测。还要加测。还要加测。还要加测
5、。 比降水尺观测比降水尺观测比降水尺观测比降水尺观测：目的是计算水面比降，分析河床糙率：目的是计算水面比降，分析河床糙率：目的是计算水面比降，分析河床糙率：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。等观测时间和次数，视需要而定。等观测时间和次数，视需要而定。等观测时间和次数，视需要而定。3 水位观测资料的整理水位观测资料的整理计算日计算日计算日计算日 / / / / 月月月月 / / / / 年平均水位年平均水位年平均水位年平均水位水位过程线水位过程线水位过程线水位过程线日平均水位的计算日平均水位的计算日平均水位的计算日平均水位的计算： 算术平均法算术平均法 该法适合于水位
6、变化缓慢或变化大但等时距观测该法适合于水位变化缓慢或变化大但等时距观测的情况。的情况。式中，式中，Zi Zi 第第 i i 次水位观测值；次水位观测值； n n 一日内水位观测的次数。一日内水位观测的次数。3 水位观测资料的整理水位观测资料的整理计算日计算日计算日计算日 / / / / 月月月月 / / / / 年平均水位年平均水位年平均水位年平均水位水位过程线水位过程线水位过程线水位过程线日平均水位的计算日平均水位的计算日平均水位的计算日平均水位的计算： 面积包围法：面积包围法： 该法适合于水位变化大且不等时距观测的情况。该法适合于水位变化大且不等时距观测的情况。 Z0 Z1 Z2 Zi Z
7、n-1 Znt1 t2 t3 ti tn-1 tnZ(m)t时间加权法求日平均水位示意图时间加权法求日平均水位示意图第四节第四节 流量测验流量测验实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算实际工作中用实测断面面积和实测流速来推算一、一、测流原理测流原理第四节第四节 流量测验流量测验二、流量的测验的步骤二、流量的测验的步骤 1 1 1 1、过水断面面积的测量、过水断面面积的测量、过水断面面积的测量、过水断面面积的测量 2 2 2 2、流速的测量、流速的测量、流速的测量、流速的测量 3 3 3 3、断面流量的计算、断面流量的计算、断面流量的计算、断面流量的计算1 过水断面面积的测量过水断面面积的测量
8、在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不同而变化。在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不同而变化。 （1 1）从水平方向看，中间流速大，两岸流速小；）从水平方向看，中间流速大，两岸流速小； （2 2）从水深方向看，河床流速最小。）从水深方向看，河床流速最小。1 过水断面面积的测量过水断面面积的测量确定各测深点水位确定各测深点水位确定各测深点水位确定各测深点水位布置测深垂线布置测深垂线布置测深垂线布置测深垂线布置测深垂线布置测深垂线测量各测深点的水深测量各测深点的水深测量各测深点的水深测量各测深点的水深 测定各测深点的横向位置测定各测深点的横向位置测定各测深点的横向位置测定各测深点的横向位
9、置( ( ( (起点距起点距起点距起点距) ) ) )绘出过水断面图绘出过水断面图绘出过水断面图绘出过水断面图1 过水断面面积的测量过水断面面积的测量起点桩起点桩 b1 bi起点距起点距WiH1 Hi Hi+1测深垂线测深垂线断面索断面索测流断面示意图测流断面示意图1.1 水深测量水深测量 用用用用测测测测深深深深杆杆杆杆、测测测测深深深深锤锤锤锤、铅铅铅铅鱼鱼鱼鱼直直直直接接接接测测测测出出出出每每每每根根根根测深垂线的水深。测深垂线的水深。测深垂线的水深。测深垂线的水深。 当当当当水水水水很很很很深深深深、流流流流速速速速很很很很大大大大时时时时，可可可可用用用用回回回回声声声声测测测测深
10、深深深仪测量水深。仪测量水深。仪测量水深。仪测量水深。1.2 起点距的测定起点距的测定断面索法：断面索法：断面索法：断面索法：交会法交会法交会法交会法经纬仪岸上交会法：经纬仪岸上交会法：经纬仪岸上交会法：经纬仪岸上交会法：水文站在布设测流断面时，水文站在布设测流断面时，水文站在布设测流断面时，水文站在布设测流断面时，同时布设基线同时布设基线同时布设基线同时布设基线(AC)(AC)(AC)(AC)，并用精确方法量出基线的长，并用精确方法量出基线的长，并用精确方法量出基线的长，并用精确方法量出基线的长度度度度L L L L，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测出，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，
11、测出，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测出，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测出角度角度角度角度，则起点距为，则起点距为，则起点距为，则起点距为D=L*tgD=L*tgD=L*tgD=L*tg1.3 测流面积上的部分面积测流面积上的部分面积uu中间部分面积按梯形面积公式计算：中间部分面积按梯形面积公式计算：中间部分面积按梯形面积公式计算：中间部分面积按梯形面积公式计算： 岸边的部分面积按三角形面积计算：岸边的部分面积按三角形面积计算：岸边的部分面积按三角形面积计算：岸边的部分面积按三角形面积计算：2 流速测量流速测量流流速速仪仪旋杯式旋杯式旋桨式旋桨式2 流速测量流速测量速仪测速原理速仪测
12、速原理速仪测速原理速仪测速原理 KKKK仪仪仪仪器器器器率率率率定定定定常常常常数数数数，每每每每台台台台仪仪仪仪器器器器不不不不一一一一样样样样，要定期率定要定期率定要定期率定要定期率定 CCCC摩摩摩摩阻阻阻阻系系系系数数数数；NNNN总总总总转转转转数数数数；TTTT测测测测速时间速时间速时间速时间2.1 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 当水面宽度当水面宽度 5m, 5m, 测速垂线的数目测速垂线的数目55 测速垂线上测速点的布置，常有一点式，二点式测速垂线上测速点的布置，常有一点式，二点式 ， 三点式和五点式。三点式和五点式。 5m数目数目测测点位置点位置适合
13、的水深适合的水深(m)一点一点0.6h 或或0.5h3.02.2 求垂线平均流速求垂线平均流速按测点数区分的按测点数区分的公式名称公式名称计计 算算 公公 式式适合的水适合的水深深(m)(m)一点法一点法V Vm m=V=V0.60.6 1.5 3.0 3.0V0.2,V0.6, V0.2,V0.6, V0.8,V1.0V0.8,V1.0分分别别表表示示相相应应水水深深为为0.2h, 0.2h, 0.6h, 0.8h0.6h, 0.8h和河底处测点的流速。和河底处测点的流速。2.3 部分面积上的平均流速部分面积上的平均流速u中间部分面积上的平均流速计算：中间部分面积上的平均流速计算：靠岸边部分
14、面积上的平均流速计算：靠岸边部分面积上的平均流速计算：式中，式中， Vm1 靠岸边第一条测线的平均流速靠岸边第一条测线的平均流速 流速系数流速系数/ /岸边系数岸边系数: :斜坡岸，斜坡岸， =0.7 陡坡岸，陡坡岸， =0.8光滑坡岸，光滑坡岸， =0.9 死水边，死水边， =0.6 H1 H2 H3 H4 H5W2 W3 W4 W5W1W6 b1 b2 b3 b4 b5 b6Vm1Vm5Vm4Vm3Vm22.4 过水断面流量的计算：过水断面流量的计算：式中，式中， Wi 断面上的部分面积断面上的部分面积(m2) 部分面积上的平均流速部分面积上的平均流速(m/s)过水断面平均流速的计算：过水
15、断面平均流速的计算：过水断面平均流速的计算：过水断面平均流速的计算：式中，式中， W 过水断面总面积过水断面总面积( (m2) ) 某河某站横断面如图所示，试根据图中所给测流资料计算该站流量某河某站横断面如图所示，试根据图中所给测流资料计算该站流量和断面平均流速。图中测线水深和断面平均流速。图中测线水深h 1 = 1.5m h 1 = 1.5m ，h 2 = 0.5m h 2 = 0.5m ，V0.2 V0.2 ，V0.6 V0.6 ，V0.8 V0.8 分别表示测线在分别表示测线在0.2h0.2h，0.8h0.8h，0.6h 0.6h 处得测点流速，处得测点流速，左左 ，右右 分别表示左右岸的岸边系数。分别表示左右岸的岸边系数。 解：（解：（1）垂线平均流速的计算）垂线平均流速的计算: Vm1=（V0.2+V0.8）/2=（1.2 + 0.8) / 2 = 1.0m/ sVm2=V0.6=1.0m/ s（2）部分面积的计算）部分面积的计算（3）部分面积平均流速的计算）部分面积平均流速的计算V1=1.0 0.9 = 0.9m/ sV2= (1+1) / 2 = 1m/ sV3=1.0 0.8 = 0.8m/ s（4）断面流量的计算）断面流量的计算（5）断面平均流速的计算）断面平均流速的计算小结：小结： 掌握流量测验方法掌握流量测验方法
