第三章 水文信息采集与处理(11~14)

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Principles of Hydrology and Hydrological Survey

第三章

水文信息采集与处理

水文信息采集与处理是研究各种水文信息的测量、计算与数据处 理的原理和方法的一门科学。 主要内容： 1、测站和站网 2、水位观测 3、流量观测(重点讲)

4、泥沙测验与计算 (自学) 5、水质监测(不讲) 6、水文调查与水文遥感 7、 水文数据处理 (重点讲)

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第一节 测站与站网 一、测站 在流域内一定地点(或断面)按统一标准对所需要的水文要素作 系统观测以获取信息并进行处理为即时观测信息。这些指定的地点称 为测站。(如水位站、流量站、雨量站、蒸发站 ) 根据测站的性质，河流水文测站可分为基本站、专用站和实验站。 二、水文站网 水文测站在地理上的分布网称为水文站网。 布站的原则是通过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，达到 可以内插流域内任何地点水文要素的特征值…….水文站网的作用。

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三、水文测站的设立

水文测站一般应布设基线、水准点和各种断面，即基本水尺断面、流 速仪测流断面、浮标测流断面及比降断面。

四、收集水文信息的基本途径 1、在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的观测称驻测(最 基本的方式)。 2、巡测是观测人员以巡回流动的方式定期或不定期对一地区或流域 内各观测点进行流量等水文要素的观测。 3、间测是中小河流水文站有10年以上资料分析证明其历年水位流量 关系稳定，或其变化在允许误差范围内，对其中一要素(如流量)停 测一时期在施测的测停相间的测验方式。

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第二节 水位观测 水位，是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面离开固定

基面的高程。目前全国统一采用黄海基面。 水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类。 按水尺的构造形式不同，可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤

式等。 自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来，有的还能将 所观测的数据以数字或图象的形式传室内。

水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。水尺有直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式等。观测水位值时： 水位=水尺零点高程+水尺读数

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水位的基本定时观测时间是8时，但在西部或枯水季节, 需要另外选时间。 基本水尺水位观测次数 (1)水位平稳时，每日8时观测一次。 (2)水位变化缓慢时，每次8时、20时观测2次。

(3)水位变化较大或出现缓慢的峰谷时，每次2时、8时、 14时、20时观测4次。 (4)洪水期或水位变化急剧时期，每1~6小时观测一次。

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水位观测数据整理工作的内容包括日平均水位、月平均水位、年平均水位的计算。 日平均水位的计算方法有：

Z 1、如果水位变化缓慢，采用算术平均法； 3.53 △t1 3.53 1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z7 2、若一日内水位变化较大，则采用面积包围法。

2.65 △t2

4.65 2.87

6 . 1 2 △t3 3 . 4 3 △t4 2 . 7 2 △t5 3.78

2.5 6.3

Z 其计算公式为：△t6 5.94 6

4.15

Z

1 [ Z 0 t1 Z1 ( t1 t2 ) Z 2 ( t2 t3 ) Z n 1 ( tn 1 tn ) Z n tn )] 48

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缺测水位的插补： 一般缺测水位的插补 (1)直线插补法 ：实用于缺测期间水位变化平缓， 或虽有较大变化，但有一致的上涨或下落趋势。 (2)水位关系曲线法：缺测时期较长，可用本站或

邻站的同时水位或相应水位的相关曲线插补。

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第三节 流量测验 一、概述 流量是反映水资源和江河、湖泊、水库等水体水量变化的基本数据， 也是河流最重要的水文特征值。 测流方法有很多，按工作原理，可分为下列几种类型：

1、 流速面积法。有流速仪法、航空法、比降面积法、积宽法、浮 标法 2、 水力学法。 包括量水建筑物和水工建筑物测流。 3、 化学法。又称为溶液法、稀释法、混合法 4、 物理法。有超声波法、电磁法和光学法 5、 直接法。有容积法和重量法。

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二、流速仪法测流 (一)测流原理

Q vdA 0

A

B

0

H

0

f (b, h)dh.db

(二)断面测量 测流断面的测量，是在断面上布设一定数量的测深垂线，施测各条测深 垂线的起点距和水深并观测水位，用施测时的水位减去水深，即得各测

深垂线处的河底高程。 测深垂线的位置，应根据断面情况布设于河床变化的转折处，并且主槽 较密，滩地较稀。

起点距测定：中小河流，用断面索法；大河用仪器测角交会法；目前最先进的是用GPS。

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(三)流速测量 天然河道一般采用流速仪测定水流的流速。下图为旋 杯式和旋浆式流速仪。

影响断面流速的因素：河流过水断面的形态、河床表面特性、河床纵坡、河道弯曲情况以及冰情等

根据测速方法的不同，流速仪法测流可分为积点法、 积深法和积宽法。最常用的积点法测速是指在断面的 各条垂线上将流速仪放至不同水深点测速。

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(四)流量计算 1、垂线平均流速的计算 视垂线上布置的测点情况，分 别按下列公式进行计算： 一点法 Vm V0.6 二点法Vm 1 (V0.2 V0.8 ) 2

2、部分平均流速的计算 岸边部分：

V1 Vm1 Vn 1 Vmn 中间部分： Vi 1 (Vmi 1 Vmi )2

1 Vm (V0.2 V0.6 V0.8 ) 3 三点

法

3、部分面积的计算 4、部分流量的计算 qi Vi Ai 5、断面流量及其他水力要 素的计算 n 断面流量 Q qii 1

五点法 断面流速 1 Vm (V0.0 3V0.2 3V0.6 2V0.8 V1.0 ) 10

V Q/ A

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(五)冰期测流 与畅流期计算方法基本相同 垂线流速计算略有差别： 六点法V 1 (V0.0 2V0.2 2V0.4 2V0.6 2V0.8 V1.0 ) 10

1 Vm (V0.15 V0.5 V0.85 ) 三点法 3

二点法

Vm

1 (V0.2 V0.8 ) 2

一点法

Vm KV0.5

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三、浮标法测流 量。 具体作法: 用水面浮标法测流时，应先测绘出测流断面上水面浮标速度 分布图。将其与水道断面相配合，便可计算断面虚流量。断面虚 流量乘以浮标系数，即得断面流量。浮标系数Kf值的确定有实验 比测法、经验公式法和水位流量关系曲线法。 浮标随水漂移，其速度与水流速度之间有密切关系，故可利 用浮标漂移速度(称浮标虚流速)与水道断面面积来推算断面流

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第四节 泥沙测验与计算

河流中的泥沙，按其运动形式可分为悬移质、推移质和河床质三

类。悬移质泥沙悬浮于水中并随之运动；推移质泥沙受水流冲击沿河底移动或滚动；河床质泥沙则相对静止而停留在河床上。 一、悬移质测验与计算

常用的两个定量指标是含沙量和输沙量。 含沙量：单位体积内所含干沙的质量，用Cs,单位为kg/m3。 输沙量：单位时间流过河流某断面的干沙质量，用Qs表示，单位为kg/s。 断面输沙率是通过断面上含沙量测验配合断面流量测量来推求的。

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(一)含沙量的测验 用采样器从水流中采取水样。常用的有横式采样器与瓶式采样器。

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积点式和积深式取样 所采水样，都要经过量积、沉淀、过滤、烘干、称重等手续。水 样的含沙量可按下式计算：

Ws Cs V

式中Cs——水样含沙量，g/L或kg/m3; Ws——-水样中的干沙重量,g或kg;

V——水样体积,L或m3。 当含沙量较大时，也可使用同位素测沙仪测量含沙量。该仪器主 要由铅鱼、探头和晶体管计数器等部分组成。

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