河流观测

第四章河流观测

第一节河道水流观测

一、水文站

水文测站是进行水文观测的基层单位。水文站在地区上的分布网称水文站网。按测站的性质，水文站可分为基本站、专用站和实验站三类。基本站是根据国民经济各方面的需要经统一规划而设立的。专用站是为某项专门目的或某特定工程的需要而设立的。实验站是为了深入研究某种水文现象的变化过程而设立的，如径流实验站、河床实验站等。

水文站应设在事先选择好的测验河段内。测验河段应河身顺直，河床稳定，水流集中，便于布设测验设施。在测验河段上布设测验断面，如图4-1所示。按用途，测验断面可分为基本水尺断面、测流断面和比降断面。基本水尺断面用来进行水位观测，一般位于测验河段的中部，与流向大致垂直。测流断面用于观测流速、流量，可分为流速仪测流断面和浮标测流断面。其中流速仪测流断面通常与基本水尺断面重合；浮标测流断面又分上、中、下三个断面，其中间断面—般与流速仪测流断面重合。比降断面分为上比降断面和下比降断面，分别设立比降水尺，用来观测河流水面纵比降。

此外，在测验河段的岸上应布设基线。基线的作用是，以便于用经纬仪或六分仪测角交会法时，推求测验垂线在断面上的位置（起点距）。基线宜垂直于测流横断面，其起点应在测流断面的延长线上。

二、水位观测

水位是指河流、湖泊、水库等水域

的自由水面相对于某固定基面的高程。

水位是水利工程建设和防汛抗洪斗争

的重要依据。

基面是计算水位的起点。常用的基

面有两种，即绝对基面和测站基面。绝

对基面是以某一海滨地点的海平面为

零点，如黄海基面、吴淞基面等。测站

图4-1 测验断面布设示意图

基面是水文站专用的一种固定基面，属

假定基面，可取当地历年最低水位以下0.5~1.0m处的水面作为测站基面。

此外，有些测站，从水文观测资料的连续性与可比性考虑，将测站第一次使用的基面冻结下来并沿用下去，这种基面称为冻结基面，冻结基面也是水文测站专用的一种固定基面。在实际运用时，要注意各种基面高程的换算关系。

观测水位常用的设备有水尺和自记水位计两大类。水尺可分为直立式、倾斜

式、矮桩式与悬锤式四种。其中以直立式水尺构造最简单，因其观测方便，采用最为普遍。观测时，水面在水尺上的读数加上水尺零点的高程，即为当时水面的水位值。

自记水位计能将水位变化的连续过程自动记录下来，具有连续、完整和节省人力等优点。其种类很多，主要有横式自记水位计、电传自记水位计、超声波自记水位计和水位遥测计等。

水位实时观测资料要进行整编。整编内容包括日平均水位、月平均水位、年平均水位的计算。常用的计算方法是算术平均法。其中日平均水位的计算，还常用面积包围法，这种方法是将当日0~24h内水位过程线所包围的面积除以24h 的时间，即可得到日平均水位。在日（月、年）平均水位整编好后，连同月（年）最高（最低）水位等资料一起刊于水文年鉴中，供有关部门查用。

三、流量测验

流量是每秒钟通过河流某一断面的水量，常用符号Q表示，单位为m3/s。流量Q等于过水断面面积A和断面平均流速U的乘积，即

Q = AU （4-1）

因此，流量测验应包括断面测量和流速测验两方面工作。

流量测验的方法很多，其中最常用的是流速-面积法。在这类方法中，又有流速仪测流法、浮标测流法等多种方法，其中以流速仪测流法最为常用。下面简要介绍流速仪测流法。

流速仪测流法，是以式(4-1)为依据，将过水断面划分为若干部分，用普通测量的方法测算出各部分断面的面积，用流速仪测算出各部分面积上的平均流速，部分面积乘以相应部分面积上的平均流速，称为部分流量。部分流量的总和即为全断面的流量。

1. 断面测量

河道断面测量主要包括测量水深、起点距和水位，如图4-2所示。

施测时，先在断面上布设若干条测深垂线，分别测得每条垂线的水深H和起点距D，再将施测的水位减去水深，即得各测深垂线处的河底高程，据此可绘出

测量水深的方法，通常采

用测深杆、测深锤(或铅鱼)，或

回声测深仪等器具施测。测深杆

测深精度较高，适于水深小于

5m、流速小于3.0 m／s的河段；

测深锤(或铅鱼)可用于流速、水

深较大的河段；回声测深仪则广

泛应用于水深较大、含沙量不是很高的河段。

起点距是指断面上测深垂线到断面起点桩的水平距离。起点距可用断面索法和仪器交会法测定。断面索法是利用架设在横断面上空的钢丝缆索，缆索上系好表示起点距的标志，据此可直接读得各测深垂线的起点距，如图4-3所示。

仪器测角交会法包括经纬仪前方交会法和六分仪后方交会法等方法。其原理是根据测量的方向角φ和巳知的基线长度L，算出测深垂线所在位置的起点距D，如图4-4所示。

图4-3 断面索法示意图图4-4 测角交会法示意图

2. 流速测验

流速测验就是利用流速仪测定水流中任意位置沿流向的水平流速。我国的流速仪主要有旋杯式和旋桨式两类，如图4-5、图4-6所示。当流速仪放入水中时，旋杯或旋桨受水流冲击而旋转，流速越大，旋转越快。野外测流时，对于某一测点，记下仪器的总转数N和测速历时T，即可求得转速n＝N／T，再据实验率定的流速仪的转速n与流速v的关系，便可算出测点流速v。图4-7为工作人员正在野外操作流速仪的照片。

图4-5 旋杯式流速仪(LS68-2型)图4-6 旋浆式流速仪(LS25-1型)

流速仪测速时必须在断面上布设

测速垂线和测点，以测量断面积和流

速。测速垂线的数目根据水面宽度大

小而定，水面较宽时，测速垂线数目

应适当增加。

每条垂线的测点数目，需根据水

深和测验精度要求而定。生产上，垂

线测点数目常见有一点、二点、三点、

五点等等。其中一点法测点的相对水

深位置为0.6；二点法测点的相对水

深位置为0.2，0.8；三点法测点的相

点的相对水深位置为0.0（水面），0.2，

0.6，0.8和1.0（河底）。所谓相对水深，

是指垂线上自水面到某点的深度h 与垂线

水深H 之比。

3. 流量计算

流量计算广泛应用的方法是分析法。

其基本思路是，由测点流速推求垂线平均

流速，由垂线平均流速推求部分面积上的

平均流速，部分平均流速和部分面积相乘

得部分流量，各部分流量之和即为全断面

流量。

垂线平均流速按一点法、二点法、三点法和五点法等方法，以各测点代表水深为权计算得。部分面积和部分面积的平均流速，分别指两测速垂线间的面积及其平均流速，分别据两垂线的水深、间距和平均流速算得。流量及部分面积计算示意图，如图4-8所示。 第二节 河流泥沙测验

天然河流挟带的泥沙直接影响河流的发展变化，并给人类开发利用和治理河流带来许多问题。因此，必须对河流泥沙特性及其输移规律进行研究。河流泥沙测验，就是对天然河流泥沙进行直接观测，为分析研究工作和河流工程规划设计搜集基本资料。

河流中的泥沙，按其运动属性有悬移质、推移质和床沙三类。这三类泥沙的运动学特性不同，故其测验及计算方法也不同。现分别介绍如下。

图4-7 工作人员正在野外操作流速仪

图4-8 流量及部分面积计算示意图