工程水文学-第三章

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基线的长度视河宽B而定,一般应为0.6B,最 短也应为0.3B。 基线的长度一般为10m的整数倍,基线的丈量 误差不得大于1/1000。


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收集水文信息的基本途径



驻测:在河流或流域内的固定点上对水文要素 所进行的观测。 以上断面、基线、水准点等均为驻测,是我国 收集水文信息的最基本方式。 缺点:用人多、站点不足、效益低。 一般可采用与巡测、间测及水文调查相结合的 方式收集水文信息。

采用定时、分段观测 一般少雨季节采用1段或2段次,遇暴雨时应随 时增加观测段次;多雨季节应选用自记雨量计. 注意事项:


每次观测时,检查容器是否变形,储水筒是否漏水 暴雨时应及时更换储水筒 每次观测后,储水筒和量雨杯内不可有积水
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降水量数据整理

一般规定

审核原始记录,在自记记录的时间误差和降水量误 差超过规定时,分别进行时间订正和降水量订正, 在故障时进行故障期的降水量处理。 统计日、月降水量,在规定期内,按月编制降水量 摘录表。 用自记记录整理者,在自记记录线上统计和注记按 规定摘录期间的时段降水量。
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翻斗式(自记式)
只能测量降雨。 2. 由感应器及信号记录器组成。 3. 翻斗式雨量器内有一对承接雨水的 斗状容器置于一个支点上。 4. 当其中一个翻斗接满相当于0.1mm 的雨量时,受重力的作用而翻倒, 并倾出雨水。 5. 另一个翻斗处于接水状态承接雨水. 6. 每次翻斗倾倒之际接通了电路,发 出信号到附近的自动记录器。 7. 自记笔记录100次后,自动归零重 新记录。
3.3 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,以m计。

目前我国统一采用黄海基面,也有地方沿用以 前的大沽基面、吴淞基面、珠江基面。
也有使用假定基面、测站基面或冻结基面的。 使用时必须明确采用哪个基面才有意义。

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水位观测作用

直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独 使用价值的资料,如确定堤防、坝高、桥梁及 涵洞、公路路面等标高; 为推求其他水文数据而提供间接资料,如由水 位推求流量、计算比降等。
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巡测与间测

巡测是观测人员以巡回流动的方式定期或不定 期地对一地区或流域内各观测点进行流量等水 文要素的观测。 间测是当中小河流水文站有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,对其中某一要素(如流量)停 测一段时期再施测的测停相间的测验方式,停 测期间由另一要素(水位)的实测值来推算。
3


测站

根据测站的性质,河流水文测站又可分为 基本站、专用站两大类。

基本站

是水文主管部门为全国各地的水文情况而设 立,为国民经济各方面需要服务的。 是为某种专门目的或用途由各部门自行设立 的,是基本站的补充。
4

专用站

水文站网

站网:单站只能代表站址处的水文情况,流域 上的水文情况则须在流域内的一些适当地点布 站观测,这些测站在地理上的分布称为站网。 布站原则(或站网作用):通过所设站网采集到 的水文信息经过整理分析后,达到可以内插值 得到流域内任何地点水文要素的特征值。
承雨器口径200mm 器口距地面高700mm

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称重式(自记式)

可以连续记录接雨杯上以及储积在其内降水的 重量。
记录方式可以用机械发条装置或平衡锤系统, 降水时全部降水量的重量如数记录下来。 其优点是能够记录雪、冰雹及雨雪混合降水。


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虹吸式(自记式)




只能测量降雨。 雨水收集到装有浮球的虹吸室, 浮球会随虹吸室内的水位上升而 升高,带动自动笔在记录纸上划线. 虹吸室满后,盛载的雨水会通过 虹吸管抽走 记录纸上是一个连续性的雨量纪 录,既表示雨量大小,又表示降 雨过程变化情况,曲线的坡度表 示降雨强度。 虹吸式雨量器所得出的数据可用 作核对邻近普通雨量器的记录
水文测站布置内容

水文测站一般应布设基线、水准点和各种断面.
各种断面包括:基本水尺断面、流速仪测流断 面、浮标测流断面及比降断面。
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观测断面



基本水尺断面:在某一断面上设立基本水尺, 用来进行经常的水位观测。 测流断面:测流速断面,应与基本水尺断面重 合,且与断面平均流向垂直,若不能重合时亦 不能相距过远。 浮标测流断面:有上、中、下3个断面,一般 中断面应与流速仪测流断面重合,上、下断面 之间的间距不宜太短,其距离应为断面最大流 速的50~80倍。
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水文调查

为弥补水文基本站网定位观测的不足或其他特 定目的,采用勘测、调查、考证等手段进行收 集水文信Baidu Nhomakorabea的工作。
水文调查包括:水文要素、气候特征、流域自 然地理、河道情况、人类活动以及水旱灾情, 社会经济状况等方面。

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3.2 降水观测

降水量观测是水文要素观测的重要组成部分, 一般包括测记降雨、降雪、降雹的水量。

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水尺

水位观测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 水面在水尺上的读数加上水尺零点的高程即为当时的 水位值。 水位值=水尺读数+水尺零点高程 自记水位计可将水位变化的连续过程自动记录下来, 有的还能远程传输,自动化和远传化。


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工程水文学—
(第三章 水文信息采集与处理) 上海大学土木系 武亚军
1
概述

水文信息采集与处理是研究水文信息的测量、 计算与数据处理原理和方法,是工程水文学的 重要基础。 水文信息包括:降水、水位、流量、水温、冰 凌、泥沙、水质和地下水等要素。
量测时间节点: (1)水文事件发生时;(2) 水文事 件发生后。
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水文测站基线、断面布设图
基本水尺断面 比降上断面 浮标上断面 测流中断面 浮标下断面 比降下断面
>30o Lp L
基线
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观测断面

比降断面:在该断面设立比降水尺,用来观测 河流的水面比降和分析河床的糙率。
上、下比降断面间的河底和水面比降,不应有 明显的转折,其间距应使得所测比降的相对误 差控制在±15%之内。
水位观测办法


水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。 水位变化缓慢时(日变幅<0.12m):每日8时和 20时各观测一次(二段制); 枯水期日变幅<0.06m时,用一段制观测; 日变幅小于0.24m、大于0.12m时,用四段制; 有峰谷出现时,需加密测试。 比降水尺观测的目的是计算水面比降,分析河 床糙率等,观测次数根据需要而定。
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数据整理的合理性检查

指导站应按月或按长期自记周期进行合理性检 查,主要内容包括:

对照检查指导区域内各雨量站日、月、年降水量、 暴雨期的时段降水量以及不正常的记录线.
同时有蒸发观测的站应与蒸发量进行对照检查.

同时用雨量器与自记雨量计进行对比观测的雨量站, 相互校对检查.
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各项整理计算分析工作
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雨量器观测记载资料的整理

有降水之日于8时观测完毕之后,立即检查观 测记载是否正确、齐全。如检查发现问题,应 加注统一规定的整编符号。 计算日降水量,当某日内任一时段观测的降水 量注有降水物或降水整编符号时,则该日降水 量也注相应符号。
每月初统计填制上月观测记载表的月统计栏各 项目。
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所以测站在地区上分布的科学性、合理性和最 优化等是水文站网规划的任务。
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水文站网的一些布站原则

在预计将修建水利工程的地段一般应布站。 在中小河流上布站时还应当考虑暴雨洪水分析的需要, 如对小河应按地质、土壤、植被、河网密集程度等下 垫面因素分类布站。 布站时应注意雨量站与流量站的配合。 水质监测站布设应考虑监测目标、人类活动对水环境 的影响程度和经济条件这3个因素。 我国水文站网于1956年开始统一规划布站,经多次调 整,布局已比较合理。但由于人类活动的影响,还需 对水文站进行适当调整和补充。
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测验河段选择的注意事项

平原地区:尽量选择河道顺直、稳定、水流集 中、便于布设测验的河段,且尽量避开变动回 水、急剧冲淤变化、分流、斜流、严重漫滩等 以及妨碍测验工作的地貌、地物。结冰河流还 应避开容易发生冰塞、冰坝的地方。 山区:应在有石梁、急滩、卡口、弯道的上游 附近规整的河段上选站。
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直接计量雨量器
液柱测量虹吸式,少数是浮子式
翻斗测量单翻斗与多翻斗
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器测法

观测仪器有雨量器和自记雨量计。 雨量器:可以测量各种类型的降水 自记雨量计:自动记录降水过程的仪器

称重式:可以测量各种类型的降水 虹吸式:只能测降雨
翻斗式:只能测降雨
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雨量器

由承雨器、漏斗、储水 瓶和雨量杯组成


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3.1 测站与站网

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得信息并 进行整理为即时观测信息,这些指定的地点称 为测站。
测站所测的项目主要有:降水、水位、流量、 水温、冰凌、泥沙、水质和地下水等。 只测其中部分项目的分别称为水位站、流量站 (也称水文站)、雨量站、蒸发站等。

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水准点

水准点:分为基本水准点和校核水准点,均应 设在基岩或稳定的永久性建筑物上,也可埋设
于土中的石柱或混凝土桩上。

基本水准点是测定测站上各种高程的基本依据. 校核水准点是经常用来校核水尺零点的高程。
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基线

基线通常与测流断面垂直,起点在测流断面线 上,其用途是推求垂线在断面上的位置。
1.
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常用降水量观测仪器及适用范围

雨量器

适用于驻守观测的雨量站

虹吸式自记雨量器

适用于驻守观测液态降水量
日记型 适用于驻守观测液态降水量 长期自记型 用于驻守和无人防守的雨量站观测液 态降水量,特别适用于边远偏僻地区无人驻守的雨 量站观测液态降水量
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翻斗式自记雨量器

雨量器观测降水量
⑵ 保证各级水位下(包括洪、枯水期)观测工作安 全及测验资料具有必要的精度。 ⑶ 生活、交通 、通讯方便。 ⑷ 符合观测方便、建站及测验设施经济,测验 资料计算整理简单的要求。
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断面控制与河槽控制


断面控制:在天然河道中,由于地质或人工原 因,造成河段中局部地形突起,如石梁、卡口 等,使得水面曲线发生明显转折,形成临界流, 出现临界深度,构成断面控制,即水位-流量 由这些断面来控制。 河槽控制:当水位流量关系要靠一段河槽所发 生的阻力作用来控制。如该河段的底坡、断面 形状、糙率等因素较稳定,则水位流量关系也 比较稳定。

单位mm,其观测记载的精度要求:

需要控制雨日地区分布变化的雨量站必须记至0.1mm. 当有蒸发站记录时,降雨的记录精度必须与蒸发观测 的记录精度相匹配。

每日降水量观测时间为本日8时到次日8时。
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仪器及观测

降水量观测仪器由传感器、测量控制、显示与 记录、数据传输和数据处理等部分组成。
按传感原理分类:直接计量、液柱测量和翻斗 测量。

各项整理计算分析工作,必须坚持一算两校,即 委托雨量站完成原始记录资料的校正、故障处理 和说明,统计日、月降水量,并于每月上旬将降 水量观测记载簿或记录纸复印或抄录备份,以免 丢失,同时将原件用挂号信邮寄至指导站,由指 导站进行一校、二校及合理性检查。
无法独立完成资料整理的雨量站,应由指导站协 助进行。
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水文测站的设立

建站主要考虑选择测验河段和布设观测断面。
测验河段的选择原则:

具体是指测站的水位与流量间呈良好的稳定关系(单一 关系). 该关系与断面和河槽性质有关。 该关系主要由断面决定时,称为断面控制,由河槽性 质决定时称为河槽控制。

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测验河段的选择原则
⑴ 必须满足设站目的。
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水位观测数据整理

包括日平均水位、月平均水位和年平均水位计算
日平均水位的计算方法有二: 算术平均法

一日内水位变化缓慢或水位变化较大但是等时距人工 观测或从自记水位计上摘录 一日内水位变化较大,且是不等时距观测或摘录。

面积包围法

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面积包围法

水位过程线
Z2 Z1 Z0 Z3 Δt2 Δt3 Δt4 Δtn-3 Δtn-2 Δtn-1 Δtn 24 t Z4 Zn-3 Zn-2 Zn-1 Zn
Δt1
0
Z
1 Z 0 t1 Z1 (t1 t2 ) 48
Z n 1 (tn 1 tn ) Z n tn
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水位观测数据整理
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