清华大学水文信息技术第四章+流量测验课件

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第二节
一、概述
断面测量
断面测量包括水道断面（channel cross-section ） 测量、大断面（possible maximum cross-section ）测 量。
1、大断面测量 大断面：历年最高洪水位以上0.5m～1.0m的水位 以下的范围。 大断面测量包括水下和水上部分的测量。
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z
如水面偏角 50 时，应对悬索计数长度进行 偏角改正，求出垂线水深。
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h h计 干 湿 位
实际水深 干绳改正数 缆索位移改正数 计数水深 湿绳改正数
干 z(sech sec0 )
行车距离水面高差 铅鱼下放至河底时的偏角 铅鱼下放至河底时的偏角
一半；
新设站或者河床转折变化复杂的站测深垂线数
适当增加。
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2、起点距测量 起点距：断面上某点到起点桩的距离。 起点桩一般设在左岸。若在右岸，应注明。
d3
d2 d1
起点桩
测深垂线 sounding vertical
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起点距的测量方法：
直接量距
适用于水深小、流速小、断面宽较小的河道。
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如，超声波法；电磁法；光学法。
特点：快速、连续、自动化程度高。
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4、化学法（或稀释法）chemical method
在河段上游投入的示踪剂，随水流经过一定流 程后在水中稀释、混匀，但总量不变。 常用的示踪剂：化学盐类、荧光染料、同位素等。
5、直接法 direct method
如，容积法；称重法
特点：适应面窄。
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水位变化大于5cm时，应在各垂线测深时观测 水位。计算各测点河底高程时，用相应观测的水 位作计算水位。 正常水面宽在5m以下时，起点距记0.01m， 5m以上记至0.1m。 采用测深杆、测深锤或铅鱼测水深时，应在垂 线上测深两次，取其平均值作为实测水深。水深 大于5m时，记至0.1m，水深小于5m时，记至 0.01m 。
用测站各年瞬时最低水位进行频率计算，得 10% 频率相应的水位作为低水位 zmin10% 。 用测站各年平均水位进行频率计算，得50% 频 率相应的水位作为中水位 z50% 。
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对二类、三类站，采用典型年法。
用测站各年汛期总水量进行频率计算，求10% 、 50% 、90% 频率相应的年份为丰、平、枯三个 典型年。
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水上部分应测至历年最高洪水位以上0.5m～1.0m 。
对于漫滩大的河流，可只测至洪水边；
有堤防的河流，应测至堤防背河侧的地面；
无堤防而洪水漫溢至与河流平行的铁路、公路、 围圩时，测至其外侧。
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大断面测量时，水下部分测深垂线数目应满足 下表规定。
大断面测量时水下部分最少测深垂线数目
水面宽 m 垂 线 数 窄深河道 宽浅河道 <5 5
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SSH型便携式超声波水深仪 ultrasonic sounder
测深时，将超声波换能器置于水面或一定位置。根据超声 波在水中的声速和超声波发射到接收的时间，仪器自动换算 出水深。
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大断面测量记载表
水系
测量日期 断面名称 天 气 仪器型号
河
站大断面测量记载表
时分 始 终 水尺编号 水尺读数m
5
6 6
50
10 10
100
12 15
300
15 20
1000
15 25
>1000
15 >25
注：水面宽小于平均水深的100倍的，为窄深河道； 反之为宽浅河道。
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大断面水下部分测深垂线数布设还应符合下列 要求：
分布大致均匀，主槽陡岸边、急剧转折部位适
当加密；
断面最深点应布设垂线； 串沟和独股水流的测深垂线不少于表中要求的
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水道断面测量记载表
水系
断面名称： 施测号数： 施测时间： 年 月 日 时 分至 时 分 施测方法： 测深 起点距
河
站水道断面测量记载表
起点距计算公式： 基线编号： 风力： 风向： 水面情况： 水位：左岸 始 右岸 计算水位 终 基面 应 横比降 用 改正数 水 深 河 底 高 程
垂线编号 角度 测量 整理
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测船上使用手摇绞车测深
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有缆道或水文绞车设备的测站，使用铅鱼测深。 铅鱼重量为100～750公斤，根据水深和流速 的大小来配置不同重量。
铅鱼测深方法：在铅鱼上装有浮子式水面信号 和托板式河底信号发生器。铅鱼入水时，浮子浮 起，发出水面信号，悬索记数器开始计数。达到 河底时，铅鱼底部的托板托起，发出信号，记数 器终止计数，得出悬索计数长度。当悬索偏角很 小时，此值即为垂线水深。
Q AC RS
S 比降
1 6 C R n
1
n 糙率
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2、水力学方法 hydraulic method 依靠专门修建的量水建筑物或现成的水工建筑 物，测量水头、断面等水力因素，再用水力学 公式计算流量。
Q m0b 2g H 3/ 2
Q be 2gH0
3、物理法 physical method
距离为 D2 的双曲线
A主台
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利用双曲线相交测定位置的无线电系统。它由 发射台（岸台,至少3个）和接收台（船台）组成。 几何原理是：到两个固定点距离差为常数的动 点的轨迹，是以这两个固定点为焦点的双曲线。 平面上两条双曲线就可确定一点。
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• GPS定位法 当断面特别宽（5000m以上）时，架设过河缆道 已不可能，而使用六分仪及其它光学仪器时，若 雾大、光线条件不好、断面间通视性不好时，为 减小误差，宜用GPS定位法。
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3、水深测量 depth measurement 水深测量的仪器：测深杆、测深锤、测深铅鱼、 回深测深仪等。
测深杆（sounding rod）测深
测杆分为手持操纵和电动机械操纵两类。
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手持操纵测杆有三种：
通用式（可单独测深，又可辅助测流）
水深不超过3m，流速不超过2m/s时。
单一测深式
水文信息技术
Hydrologic information technology
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第四章
流量测验
本章内容
断面测量 流速脉动、流速分布 流速仪 流速仪法测流
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第一节 概述
一、测流意义、目的
意义
流量是江河、湖泊、水库等水体的重要水文特 征值，它决定水资源利用的可能性。
目的
流量数值是各种水工建筑物的规划、设计和管 理的重要依据。
涉水测流
wading stream gauging
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断面索直接观读
适用于水深大、流速 大、断面宽较大的河道。
水文缆道
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水文缆道
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全自动缆道设备
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SXH-1缆道智能测距仪
由智能缆道测距仪和光栅增量编码传感器等部分组成。 可实现对测流铅鱼的出车、回车、下降、提升的位置测 量、显示，具有缆道弧度自动修正和测点自动停车、信号 输出等功能。配接相关通讯结口，可与计算机联机运行。
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3、水道断面面积计算
由测深垂线将断 面垂直分块。 左右岸边部分按三 角形计算，中间部分 按梯形计算。
b0
b1
b2
b3
h1 h2
h3
源自文库49
4、大断面面积计算
采用水平分块方法，计算各水位下的面积。
z
A
大断面 水位断面关系曲线
50
习题13 1、大断面、大断面测量的内容。 2、起点距、起点距测量的方法。
4
流速仪法 current-meter method
使用流速仪测量断面上多点的流速，再配合断 面面积测量，计算流量。
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浮标法 float method
利用浮标测量断面流速，再配合断面面积测量， 计算流量。
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比降面积法 slope area method
测量水面比降，再配合面积测量以及糙率资料， 计算流量。
如城市给水、排水、航运、引水和分流等措施 都需要流量资料。
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二、测流方法
flow measurement method
流速面积法；水力学方法；物理法；化学法； 直接法。
1、流速面积法 velocity area method
原理
Q A V
特点 基本方法，准确、可靠。 种类 流速仪法；浮标法；比降面积法等。
3、水深测量常用的器具。 4、水深测量时，什么条件下考虑偏角改正？如 何改正？
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第三节 流速脉动、流速分布
一、流速脉动 velocity pulsation
流速脉动
紊流时，空间点的瞬时流速随时间随机变化 的现象。
V
t
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对稳定流，空间点的瞬时流速随时间变化， 但在相当长的时间内，空间点的时间平均流速 是稳定的。
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z zmin10%
3、测次的布置
丰、平、枯均有测次；
Z～Q关系转折点处有测点；
Z～Q关系稳定期少测，紊乱期多测； 高、低水之间测次均匀。
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4、测流方法选用原则
精度要求； 测流安全 ； 经济、方便。
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习题13 1、测流的五类方法 。 2、流速面积法的原理、特点、种类。
起 点 距
涨 悬 测深 实际水深 索 偏角改 一岸实 落 时间 测水位 改 偏 正数 正 Ⅰ Ⅱ 平均 角
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填表说明：
角度：测量起点距时，仪器视线与基线的夹角。
悬索偏角：用铅鱼测深时，观测该项，偏角记 至度。 实际水深：采用测深杆、测深锤或铅鱼测水深 时，应在垂线上测深两次，取其平均值作为实测 水深。 横比降改正：横比降超过5cm时，填写该项。
水深不超过6m，流速不超过2m/s时。
涉水用测杆
适用于涉水测量的浅水河流。
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测深锤（sounding weight）测深
测深锤重量5～10kg。根据水深、流速大小选 用相应重量。
测深锤适用于流速不太大的情况。
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铅鱼测深
sounding by elliptic-type weight
缆道测流速和水深
分别用丰、平、枯三个典型年汛期逐日最高水 位进行频率计算，依次求10% 、50% 、90%频 zm 率相应的水位作为高、中、低水位 z ax10% 、 ax50% m z ax90% 。 m
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用上述高、中、低水位划分水位级，得到测 站水情的4个时期（表4-2）。
测站水情特征划分
一类精度站
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干绳长度改正条件
铅鱼在河底时 的悬索偏角 悬索支点至水 面的高差与测 得水深的比值 100 150 200 250 300 350 400
0.64
0.28
0.16
0.10
0.06
0.04
0.03
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回声测深仪
利用声波反射的信息测量 水深的仪器。 超声波测深仪是其中的一类。
当声波遇到障碍物而反射回 换能器时，根据声波往返的时 间和所测水域中声波传播的速 度，求出障碍物与换能器之间 的距离。
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三、测站精度类别及测验方式
1、测站精度类别
一类站：干流水文站（大河控制站）。
二类站：区域代表站。 三类站：小河站。
表 4-1。 2、水位级划分 水位级：高、中、低、枯水期。
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水位级关系到测流的方法、测次等。 水位级的划分采用水文频率计算方法：
对一类站，采用年特征值法。
用测站各年瞬时最高水位进行频率计算，得 90% 频率相应的水位作为高水位 zmax90% 。
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仪器（经纬仪、平板仪、六分仪）测角交会法
L
D

D L tg
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视距仪、定位系统装置测定
• 无线电定位法 radiolocation method 在卫星定位系统出现之前，远程导航与定位主 要用无线导航系统，即无线电定位法。
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无线电定位原理：
P C副台
B副台
距离为D1 的双曲线
脉动强度
反映空间点流速脉动强弱的量。 河道横断面脉动强度规律：
河底大于水面，岸边大于中泓。
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二、断面流速分布 cross-section velocity distribution
流速分布：点流速在断面上的变化规律。
0.5 1.0 0.8 0.6
研究流速分布，对流量、泥沙的测量意义较大， 也对分析河床演变具有意义。 54
仪 器 站 号
测 点
距离m
后视 前视 间视 m m ＋ 间距 起点距 m
高差 m
水深 m 测深时 高 水位 程 － ＋ － m 第一次 第二次 m
平均 高差
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填表说明：
后视、前视、间视：水准尺读数。后视、前 视的上下两栏为水准尺黑面、红面读数。
高差：后视减前视（或间视）。 平均高差：高差上下两栏的平均值。 测深时水位：水准点高程加平均高差。 水位变化小于5cm时，在同一岸观测始、终水位， 取其平均值作为计算水位。
高水期 中水期 低水期 枯水期
二、三类精度站
z zmax90% z50% z zmax90% zmin10% z z50%
z z 10% max z 0% z z 10% max5 max z 0% z z 50% max9 max z z ax90% m