第三章 水文信息采集与处理
工程水文学题库及题解(全)
工程水文学题库及题解宋星原雒文生赵英林魏文秋张利平编著内容提要本书分为题库、题解和考研试题三大部分,题库中的题目按工程水文学基本内容分为概念题和计算题两大题型，概念题又划分填空题、选择题、判断题和问答题四类题型，题目中有易、中、难三个难度档次，分别考核不同的知识结构和知识层次。
题库中有的题目在于了解学生对基本概念、基本理论和基本计算方法的掌握程度，有的则是了解学生分析问题与解决问题的能力以及对学科前沿知识的理解程度，所有的题目都给出了解题过程和结果，以便于学习和理解。
为了便于学生报考研究生的参考，本书还选编了武汉大学以及原武汉水利电力大学近年来的考研试题及题解。
本书涵盖了工程水文学基本内容，可作为高等院校水利水电类、土木工程类和环境工程类各专业本科生的辅助教材，尤其适用于立志报考研究生的同学使用，也可供上述专业的成人教育、函授教育、网络学院的学生以及专业技术人员的学习和参考。
前言为使考试规范化，保证教师按教学大纲教学、学生按教学大纲学习，全面、系统和有重点地掌握工程水文学的基本概念、原理和方法，提高学生分析问题与解决问题的能力， 1994年11月，由原武汉水利电力大学水文试题库编写组编印了《工程水文学试题库》，并在我校工程水文学教学中得到广泛应用，受到老师和同学们的一致好评。
随着教学改革的深入，在前期题库研究工作的基础上又积累了大量的资料，为本书的出版奠定了一定的基础。
作者通过多年的教学研究及实践，对原有的资料进行了编辑与加工，重新修改并补充了大量题目，对所有题目给出了解题过程，以便于读者学习。
本书题量大、内容新颖，并配有全部题解及近年考研试题。
书中难、中、易题型有机结合，有益于学生深刻理解工程水文学的基本理论、提高分析与解决有关工程水文学问题的能力。
同时，本书的出版对高校教师出题组卷也具有一定的借鉴作用。
本书分为题库、题解和考研试题三大部分，题库中的题目覆盖了水文循环与径流形成、水文信息采集与处理、水文统计、年径流及年输沙量分析与计算、由流量资料推求设计洪水、由暴雨资料推求设计洪水、流域产汇流计算、水文预报等工程水文学的基本内容。
工程水文学题库及题解(全)
工程水文学题库及题解宋星原雒文生赵英林魏文秋张利平编著内容提要本书分为题库、题解和考研试题三大部分,题库中的题目按工程水文学基本内容分为概念题和计算题两大题型，概念题又划分填空题、选择题、判断题和问答题四类题型，题目中有易、中、难三个难度档次，分别考核不同的知识结构和知识层次。
题库中有的题目在于了解学生对基本概念、基本理论和基本计算方法的掌握程度，有的则是了解学生分析问题与解决问题的能力以及对学科前沿知识的理解程度，所有的题目都给出了解题过程和结果，以便于学习和理解。
为了便于学生报考研究生的参考，本书还选编了武汉大学以及原武汉水利电力大学近年来的考研试题及题解。
本书涵盖了工程水文学基本内容，可作为高等院校水利水电类、土木工程类和环境工程类各专业本科生的辅助教材，尤其适用于立志报考研究生的同学使用，也可供上述专业的成人教育、函授教育、网络学院的学生以及专业技术人员的学习和参考。
前言为使考试规范化，保证教师按教学大纲教学、学生按教学大纲学习，全面、系统和有重点地掌握工程水文学的基本概念、原理和方法，提高学生分析问题与解决问题的能力， 1994年11月，由原武汉水利电力大学水文试题库编写组编印了《工程水文学试题库》，并在我校工程水文学教学中得到广泛应用，受到老师和同学们的一致好评。
随着教学改革的深入，在前期题库研究工作的基础上又积累了大量的资料，为本书的出版奠定了一定的基础。
作者通过多年的教学研究及实践，对原有的资料进行了编辑与加工，重新修改并补充了大量题目，对所有题目给出了解题过程，以便于读者学习。
本书题量大、内容新颖，并配有全部题解及近年考研试题。
书中难、中、易题型有机结合，有益于学生深刻理解工程水文学的基本理论、提高分析与解决有关工程水文学问题的能力。
同时，本书的出版对高校教师出题组卷也具有一定的借鉴作用。
本书分为题库、题解和考研试题三大部分，题库中的题目覆盖了水文循环与径流形成、水文信息采集与处理、水文统计、年径流及年输沙量分析与计算、由流量资料推求设计洪水、由暴雨资料推求设计洪水、流域产汇流计算、水文预报等工程水文学的基本内容。
水文信息的采集与处理
水文信息的采集与处理摘要：水文信息的采集与处理技术，包括水文测站的设立和水文站网的布设；水入、流量、泥沙、水质等各种水文信息要素的观测；水文的调查方法；以及水文数据的处理方法和技术。
水文信息采集与处理是工程水文学中最基本的概念和方法之一，是学习水文统计、流域产汇流计算、水文预报等内容的基础。
关键词：水文信息；采集方法；处理方法一、水文信息采集的方式（一）测站。
水文测站所观测的项目：水\、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水等。
测站分类：基本站、专用站。
两种测站相辅相成，专用站在面上辅助基本站，基本站在时间系列上辅助了专用站。
（二）站网。
布站原则是通过所设立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。
根据实际需要，对于不同流域、不同要求，不同流域、不同水文站布设测站项目不同，在地区分布上具有科学性、合理性和最优化。
我国水文站网于1956年开始统一规划布站，经过多次调整,布局已经比较合理，但随着我国水利水电的发展，大规模人类活动的影响，不断改变着天然河流产汇流、蓄水条件及来水水量等条件，因此对水文站网要进行适当调整、补充。
（三）测站的设立。
具体选择测验河段时，主要考虑在满足设站的目的要求的前提下，保证工作安全和测验精度，并有利于简化水文要素的观测和信息的整理分析工作。
水文测站的建站包括测验河段和布设观测断面。
断面控制的原理：在天然河道中，由于地质或人工的原因，造成河段中局部地形突起，使得水面曲线发生明显转折，形成临界流，从而构成断面控制。
河槽控制：水A流量关系要靠一段河槽所发生的阻力作用来控制，如河段的底坡、断面形状、糙率等因素比较稳定，则水入流量关系也比较稳定。
水文测站布设：基线、水准点、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。
二、收集水文信息的途径及方法（一）驻测。
为了提高水文信息采集的社会效益和经济效益，一般都采取驻测、巡测、间测及水文调查相结合的方式收集水文信息。
水文信息技术
第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 （二）不稳定的水位流量关系
在天然河道里，测流断面各项水力因素的 变化对水位流量关系的影响不能相互补偿， 是位流量关系难以保持稳定。因此，同一水 位不同时期断面通过的流量不是一个定值， 点绘出的水位流量关系曲线，其点据分布比 较散乱.
一般说来，天然河道的水位流量关系是不 稳定的，其原因是：
21
第二节 河道流量数据处理
三、稳定的水位流量关系曲线的确定 （一）单一曲线图解法
②③根检据查水 水位 位、 流面 量积关、系流图速。和所流绘量的成三果条表 关， 系以 曲水 线位 ，为 应纵 互坐 相 标对，照横，坐使标在用 曲三 线种 上比查例读尺的分各别级代水表位面的积流、量平，均 应流 等速 于和 面流 积量 和， 将流速水的位乘面积积，、即水Q位≈流A速V，和其水偏位差流应量不相超应过数2据%点-3绘%在。坐标纸 上，通过点群中心分别绘出相应的三条平滑的关系曲线。
10
V
第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析
一个测站的水位流量关系，是指测站基本水尺 断面处的水位与通过该断面的流量之间的关系。
水位流量关系可分为稳定和不稳定两类，它们 的性质可以通过水位流量关系曲线分析得出。
11
第二节 河道流量数据处理
二、水位流量关系分析 （一）稳定的水位流量关系
稳定的水位流量关系是指同一水位只有一个相应流量， 其关系呈单一的曲线，并应满足水力学中的曼宁公式：
第三章 水文信息数据处理
各种测站测得的水文信息原始数据，都要按科学的方法 和统一的格式整理、分析、统计，提炼成为系统、完整且 有一定精度的水文信息资料，供有关国民经济部门应用。 这个水文信息数据的加工、处理过程，称为水文信息数据 处理。
3 水文信息采集与处理 工程水文学课件
§3.2 水位观测-§3.2.1 水位
全河上下游或相邻测站应尽可能采用一致的固定 基面。使用水位资料时一定要查清其基面。基面、 水准点、水尺零点和水位的关系如图3-5所示。
§3.2 水位观测-§3.2.1 水位
• 水位观测的作用： (1)直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独 使用价值的资料，如堤防、坝高、桥梁及涵洞、 公路路面标高的确定； (2)为推求其他水文数据而提供间接运用资料，如 水资源计算，水文预报中的上、下游水位相关法 等。
§3 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学科。
• 水文信息采集有两种情况： ✓ 水文事件当时发生时的实际观察的信息。 ✓ 水文事件发生后调查所得信息。
§3.1 水文测站与站网-§3.1.1水文测站
根据测站的性质,河流水文测站又可分为： ➢ 基本站：是水文主管部门为全国各地的水文情况
而设立的,是为国民经济各方面的需要服务的。 ➢ 专用站：是为某种专门目的或用途由各部门自行
设立的。 这两类测站相辅相成，专用站在面上辅助基本站， 而基本站在时间系列上辅助了专用站。
§3.1 水文测站与站网-§3.1.2水文站网
水文站网： 因为单个测站观测到的水文要素其信息只代表了 站址处的水文情况，而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 理上的分布网称为水文站网。广义的站网是指测 站及其管理机构所组成的信息采集与处理体系。
§3.2 水位观测
• 内容提要 1.水位的定义和使用的基面； 2.观测水位的设备和方法； 3.日平均水位的计算。
• 学习要求 掌握水位观测的设备、方法和计算日平均水位的 两种计算方法。
§3.2 水位观测-§3.2.1 水位
工程水文学之水文信息采集与处理
工程水文学之水文信息采集与处理●测站与测网●测站●按其主要观测项目分●水位站●流量站●雨量站●蒸发站●...●按测站的性质分●基本站●专用站●水文站网●水文测站的设立●选择测验河段●布设观测断面●基线●水准点●各种断面●基本水尺断面●流速仪测流断面●浮标法测流断面●比降断面●收集水文信息的基本途径●驻测最基本的方式●巡测●间测●水文调查●流域调查●水量调查●洪水与暴雨调查●洪水调查●方法●实地调查●文献考证●洪峰流量估算●有水文站●先求水文站基本水尺断面的洪峰流量，然后按水文流量关系曲线延展●无水站●河道顺直●比降法●河道弯曲●水面曲线推求●暴雨调查●历史暴雨●定性—通过群众对雨势的回忆或与近期暴雨的对比●定量—通过群众对地面坑塘、水缸等承接雨量作估计●近期暴雨●对雨势、雨量、降雨过程具体了解并通过雨量站的记录推求降雨量和降雨过程线●其它专项调查●（水文遥感）●降水量观测●水位观测●水位●基面目前统一采用黄海基面●绝对基面●假定基面●测站基面●冻结基面测站第一次使用●仪器●水尺●自记水位计●内容●基本水尺的水位●比降水尺的水位●流量测验●按工作原理分●流速面积法●流速仪法●测流原理●测流内容●断面测量●水深测量●布设测深垂线●测定测深垂线的深度●起点距●水位测量●流速测量●流速仪法●积点法●积深法●积宽法●流量计算●图解法●流速等值线法●分析法●垂线平均流速的计算●部分平均流速的计算●部分面积的计算●部分流量的计算●断面流量及其它水力要素的计算●冰期测流●浮标法●积宽法●航空法●比降面积法●水力学法●化学法●物理法●直接法适用于流量较小●泥沙测验与计算●泥沙●按运动形式●悬移质●悬移质测验与计算●输沙率测验●含沙量的测验●仪器●横式采样器●瓶式采样器●方法●积点式采样固定测点●积深式采样沿测线上下均匀移动●目的●测出含沙量在断面的变化情况●内容●在断面布设适当数量的取样垂线●垂线测点的分布视精度而言，有一点法，二点法......●计算方法●用流速加权计算垂线平均含沙量●根据各垂线的平均含沙量，配合测流计算的部分流量，算得断面输沙率●进而根据断面沙率和断面流量算得断面平均含沙量●流量测验●单位水样含沙量与单沙断沙关系●单沙●断沙●推移质●河床质●按来源●冲泄质●床沙质●泥沙颗粒分析●目的●开发利用水沙资源、水利及有关工程、泥沙颗粒级配的断面分析和变化过程●内容●分级，求泥沙重量百分数，绘制泥沙颗粒级配曲线●方法●筛分析法●水分析法●移液管法●粒径计法●水质监测●目的●保护、利用、改善水资源，使其不受污染●任务●水质监测●水质监测站网●水质监测站●组成●若干个水质监测断面●按目的和任务分●基本站●辅助站●专用站●背景（本底）站●水污染流动监测站●地面水采样●采样断面和采样点的设置●采样垂线与采样点位置的确定●采样时间和采样频率●采样准备工作●采样方法●水体污染源调查●水体污染源●主要内容●方法●表格普查法●现场调查法●经验估算法●地下水监测●基本监测站●统测站●试验站●水文数据处理●工作内容●收集校核原始数据●编制实测成果表●确定关系曲线●推求逐时、逐日值●编制逐日表及洪水水文要素摘录表●合理性检查●编制处理说明书●水位数据处理●关键指标●日平均水位●月平均水位●年平均水位●计算方法●算术平均法●面积包围法●流量资料整编●工作环节●定线●推流●基本方法●水位流量关系曲线由水位变化过程推求流量过程●水位流量关系曲线的确定●稳定的●水位流量关系曲线的延长最高或最低水位时的流量缺测●高水延长不超过当年实测流量所占水位变幅的30%●水文面积与水文流速关系高水延长●用水力学公式高水延长●低水延长不超过10%●水位流量关系曲线的低水延长法●断流水位●不稳定的●水位流量关系曲线的移用设计断面处缺乏实测数据●日平均流量计算及合理性检查●流量变化平稳●日平均水位在水位流量关系曲线上推求●流量变化较大●逐时水位推求逐时流量●算术平均法●面积包围法●辅助方法缺测数据的插补和延长●上下游测站水文要素相关法●降水径流相关法●悬移质输沙率资料整编●水文数据处理成果的刊布。
水文信息的采集与处理
水文信息的采集与处理摘要：水文信息的采集与处理技术，包括水文测站的设立和水文站网的布设；水λ、流量、泥沙、水质等各种水文信息要素的观测；水文的调查方法；以及水文数据的处理方法和技术。
水文信息采集与处理是工程水文学中最基本的概念和方法（三）测站的设立。
具体选择测验河段时，主要考虑在满足设站的目的要求的前提下，保证工作安全和测验精度，并有利于简化水文要素的观测和信息的整理分析工作。
水文测站的建站包括测验河段和布设观测断面。
断面控制的原理：在天然河道中，由于地质或人工的原因，造成河段中局部地形突起，使得水面曲线发生明显转折，形成临界流，从而构成断面控制。
河槽控制：水λ流量关系要靠一段河槽所发生的阻力作用来控制，如河段的底坡、断面形状、糙率等因素比较稳定，则水λ流量关系也比较稳定。
水文测站布设：基线、水准点、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。
二、收集水文信息的途径及方法（一）驻测。
为了提高水文信息采集的社会效益和经济效益，一般都采取驻测、2时，4λ，以及汛期水λ要素摘¼表。
（三）流量测验。
流量反映水资源和江河、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。
用各种流量测量方法得到的资料，分析江河流量变化规律，为国民经济各部门服务。
测流量方法：流速面积法、水力学法、化学法、物理法及直接法。
（四）流速仪法测流。
河流各断面的形态、河床表面纵波、河道弯曲等情况，对断面内各点流速产生影响，因此在过水断面上，流速在水平及垂直方向的λ置不同而变化，因此流速仪法测流就是将水道断面划分为若干部分，用普通流量方法测算出各部分断面的面积，用流速仪测流速并计算各部分面积上上的平均流速，两者的乘积即部分流量，各部分流量的和为全断面的流量。
①断面测量。
在断面上布设ÿ条测国民经济部门应用。
（一）稳定的水λ流量关系曲线。
即在一定条件下水λ和流量之间单值函数关系。
不稳定的水λ流量关系曲线：即在测验河段受断面冲淤、洪水涨落、变动回水或其他因素的个别或综合影响，使水λ与流量间的关系不呈单值函数关系。
第三章 水文信息采集与处理
26
第三章 水文信息采集与处理
五、水文信息处理——水位流量关系曲线的确定
连时序法水位流量关系
27
第三章 水文信息采集与处理
五、水文信息处理——水位流量关系曲线的延长
高水延长： 对洪峰流量的确定至关重要，延长幅度不应超过 当年实测水位变幅的30%。 低水延长： 相对误差较大，延长幅度不超过当年实测水位变 幅的 10%。
13
第三章 水文信息采集与处理
三、水位观测
(2)当不等时距 观测或摘录水位 时，日平均水位 计算采用加权平 均法，又称面积 包围法求取
1 Z [ Z 0 t1 Z1 (t1 t2 ) Z 2 (t2 t3 ) ... Z n1 (tn 1 tn ) Z n (tn )] 48
22
第三章 水文信息采集与处理
五、水文信息处理——水位流量关系曲线的确定
1.稳定的水位～流量关系曲线
23
第三章 水文信息采集与处理
五、水文信息处理——水位流量关系曲线的确定
2.不稳定的水位流量关系曲线
原因：断面冲淤、洪水涨落、变动回水或结冰、水 草生长等其他因素的个别或综合影响。 (1)洪水涨落 (2)断面冲淤
34
思考题
1、降水量观测仪器有哪些？用雨量器观测时的 观测时段。
2、我国所采用的水准基面。
3、用流速仪进行流量测验的仪器和步骤步骤。
4、水位流量关系不稳定的原因何在？
5、高、低水延长的方法及延长幅度要求。
35
习 题
教材P70： 3-1，3-2
36
7
第三章 水文信息采集与处理
雨量器
人工定时分段观测 (1 、 2 、4、8 、12、24 段)
3、水文信息采集共35页PPT资料
V4
A5
A6
A7 V7
A8 V8
V5
V6
测深垂线
8
Q qi i 1
断面流量计算示意图
河流断面
V （m3/s)
布设测速垂线测流 速
O
V1，
V2， V3，
V4， V5， V6， V1，
b1
b2
b3
b4
b5 b6
b7
b8
测算 间距
B(m)
H1
H2 H3
H4
H5
H6 H7
H (m)
布设测深垂线测 水深
岸α＝0.8～0.9；死水区α＝0.5～0.37。死水区不计
算流量。
中间部分
Vi=1/2(Vmi-1+Vmi)
3．部分流量的计算 由各部分的部分平均流速与部分面积之积得
到部分流量。
4.断面流量及其他水力要素的计算
断面流量
n
Q qi i 1
qi=ViAi
断面平均流速 V Q/ A
断面平Байду номын сангаас水深
Z2
Z0
Z3
Z1
Zn
Zn-2
Zn-1
△t1
△t2
△t3
△tn-1
△tn
Z 4 1 [ Z 0 8 t 1 Z 1 ( t 1 t 2 ) Z 2 ( t 2 t 3 ) . . Z n 1 . ( t n 1 t n ) Z n ( t n )]
一点法，二点法，三点法和五点法四种。
0.2 0.6 0.8
H(m)
V(m/s)
一点法
Vm= V0.6
二点法 Vm= 1/2（V0.2+ V0.8）
水文信息采集与处理
V
' 0.8
)
五点法
V'
1 10
(V
' 0.0
3V
' 0.2
3V
' 0.6
2V0'.8
V' 1.0
)
垂线流速测验
各部分面积平均流速计算如下：
中间部分
Vi
1 (V
2
'
i l
V
'
i
)
两岸水边
V1
V
' 1
Vn
V
'
n 1
式中，α称岸边系数。
在洪水期水位较高无法采用流速仪测流，常 采用浮标测速方法。一些测站应用超声波测速 方式，观测断面流速和流量。
（1）垂线平均含沙量：五点法、三点法 （2）配合测流计算的部分流量，算得断面输沙率。
（三）单位水样含水量与单沙断沙关系 输沙总量、输沙过程
单沙：与断面平均含沙量有稳定关系的断面上有 代表性的垂线和测点含沙量；
断沙：相应地把断面平均含沙量简称断沙。
第六节 水文调查与水文遥感
▪ 目的：补充水文定位观测的不足。 ▪ 内容：流域调查、水量调查、洪水与暴雨调查、其
水深一般用测深杆、测深锤或测深铅鱼、超声波 回声测声仪等测量。
大断面：河道水道断面扩展至历年最高洪水位以 上0.5～1.0m的断面。水上、水下两部分。
（3）流速测量
（4）流量计算
▪ 第四节 泥沙测验与计算
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：相对静止而停留在河床上
当流量关系变化较大时，则用逐时水位推 求得逐时流量，再按算术平均法或面积包围法 求得日平均流量。
第三章水文信息采集与处理选编
适合水深(m) < 1.5
1.5 ~ 2.0 2.0 ~ 3.0
> 3.0
2 部分面积的平均流速计算
b1
b2
bi
V1 vm1
V2 vm2
Vi-1 vmi-1
Vi vmi
V…
V…
bn
Vn-1 Vn Vmn-1
1 Vi 2 (Vmi1 Vmi )
水文信息的采集方式有两种：水文事件发生 时进行实际观测；水文事件发生后通过调 查获得信息
§3.1 测站与站网
一 测站与站网
在流域内一定地点(断面)按照统一标准对所需水文要 素作系统观测并处理为即时观测信息，这些指定的点 称为测站。所观测的水文要素包括水位、流量、泥沙、 降水、蒸发、水温、水质、冰凌、地下水位等
§3.2 水位观测与计算
一 水位观测
1 水位：指水体的自由水面离开固定基准面的高程，目 前全国统一采用黄海基面，但各流域由于历史的原因， 多沿用以往基面
2 水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类 水尺有直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式，最常用
的是直立式 水位= 水尺读数 + 水尺零点高程 其中，水尺零点高程指水尺板上刻度起点的高程
第三章 水文信息采集与处理
内 容： 3.1 测站与站网 3.2 水位观测与计算 3.3 流量测验 3.4 泥沙测验与计算 3.5 水文数据处理
重 点： 流量计算； 水位流量关系曲线； 水位流量关系曲线的延长
难 点： 流量计算 水文流量关系曲线及其延长
水文信息的采集与处理即测量、计算各种水 文信息并对其进行数据处理的过程
3.水文信息采集
六、收集水文信息的基本途径：
水文年鉴和水文数据库(水文要素、测 站分布图、各水文站位置图、说明表等） 水文手册和水文图集（等值线图、经验 公式、图表、关系曲线） 水文调查
第二节 降水观测
一、概述
降水量的观测是水文要素观测的重要组 成部分。包括测记降雨、降雪、降雹的水量 。
日降水量：每天8时至次日8时。
虹吸式自记雨量计的一 般构造如图所示。雨水从承雨 器流入容器内。器内浮子随水 面上升，并带动自记笔在附于 时钟上记录纸上画出曲线，当 容器内的水面升至虹吸筒的喉 部时，容器内的水就通过虹吸 管排至储水瓶，与此同时，自 记笔亦下落至原点，以后再随 着降再量增加而上升。
降水量单位以毫米(mm)表示，其记录精度要求如 下： 1)需要控制雨日地区分布变化的基本雨量站和蒸 发站，必须记至0.1mm，不足0.05mm 的降水不做 记载。 2)不需要雨日资料的雨量站，可记至0.2mm；多 年平均降水量大于800mm 地区，亦可记至0.5mm。 3)无人驻守观测的雨量站和汛期雨量站，可记至 0.5mm，多年平均降水量大于800mm 地区，也可 记至l.0mm。
五、水文测站的断面布设
五、水文测站的断面布设
五、水文测站的断面布设
五、水文测站的断面布设
五、水文测站的断面布设
基线
在测验河段进行水文测验时，用经纬仪或六 分仪测角交会法为推求测验垂线在断面上的位置 （起点距）而在岸上布设的线段。其垂直与测流 断面，起点应在测流断面线上。
五、水文测站的断面布设 断面布设的要求:
两岸水边
Vn+1= α Vmn
式中，α称岸边系数，斜坡岸边α＝0.67～0.75； 陡岸α＝0.8～0.9；死水区α＝0.5～0.37。死水 区不计算流量。 中间部分
水文信息采集与处理 PPT课件
•
断面平均含沙量
：
Cs
Qs Q
1000
推移质泥沙
河 床 质 泥 沙
3.5 水文数据处理（整编）
• 水文数据的加工、处理过程，称为水文数 据处理。
△tn-1 △tn
t
Z
1 24
((Z0
Z1 )
t1 2
(Z1
Z2)
t2 2
....)
1 48
(Z0t1
Z1 (t1
t2 )
...)
式中，Z0, Z1, …Zn ~ 一日内各次观测的水位值(m)
△t1, △t2 … △tn ~ 相邻二次水位观测间的时距(hr)
• 编制“逐日平均水位表”
式中， Wi ~ 断面上的部分面积(m2) Vi ~ 部分面积上的平均流速(m/s)
3.3.4 浮标法测速和流量计算
• 利用水面虚流速推求断面虚流量，然后乘以浮标 系数得到测流断面流量。水面虚流速按下式计算：
L Vj T
– 式中， 式中，V j为浮标虚流（m/s）；L为上、下浮标断面间距 （m）；T为各浮标流经上、下断面的时间（ s）。
– 水文调查。
– 水文资料整编：按照统一的方法和格式，对 测得的资料进行整理，汇编成为系统的成果。
3.1.1 水文测站与站网
• 水文测站：组织进行水文测验的基层单位， 也是收集水文资料的基本场所。水文测站 的主要任务是按照统一标准对指定地点(或 断面)的水位、流量、泥沙、降水、蒸发 、 水温、冰凌、水质、地下水位等项目进行 观测及资料整编。
• 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。
• 含沙量的测验
第三章水文信息采集与处理
研究对象：水文信息（水位、流量、泥沙等要素） 研究对象：水文信息（水位、流量、泥沙等要素） 的采集与处理技术。 的采集与处理技术。 研究内容：1.水文测站的设立和水文站网的布设 水文测站的设立和水文站网的布设； 研究内容：1.水文测站的设立和水文站网的布设； 2.降水、水位、流量、泥沙的观测； 2.降水 水位、流量、泥沙的观测； 降水、 3.水文数据的处理方法和技术。 3.水文数据的处理方法和技术 水文数据的处理方法和技术。 学习目的：学会收集水文资料，内容包括掌握水位、 学习目的：学会收集水文资料，内容包括掌握水位、 流量水文要素测验的一般方法、日平均水位的计算、 流量水文要素测验的一般方法、日平均水位的计算、 流量计算等，同时对水位流量关系有一定的了解。 流量计算等，同时对水位流量关系有一定的了解。 重点是流量的测算。 重点是流量的测算。 学习要求：掌握水文测站和站网的定义、 学习要求：掌握水文测站和站网的定义、布设原则 以及水文信息收集的基本途径。 和内容 以及水文信息收集的基本途径。
四、收集水文信息的基本途径 收集水文信息的基本途径可分为： 收集水文信息的基本途径可分为： 驻测： 1. 驻测：最基本方式 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。 的观测称驻测。 巡测： 2. 巡测： 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。 素的观测。
巡回测验和水文调查。 巡回测验和水文调查。 水文资料整编 按照统一的方法和格式， 按照统一的方法和格式，对
测得的资料进行整理，汇编成为系统的成果。 测得的资料进行整理，汇编成为系统的成果。
水文调查： 水文调查：
为了水文分析计算、水利规划、 为了水文分析计算、水利规划、水文预报以及其它工 农业生产部门的需要而进行的野外查勘、试验， 农业生产部门的需要而进行的野外查勘、试验，并向有关 部门搜集资料的工作。 部门搜集资料的工作。 目的是补充水文基本站网定位观测之不足。 目的是补充水文基本站网定位观测之不足。 调查内容包括： 调查内容包括： 水文要素（水位、流量、含沙量、土壤含量、下渗等） 水文要素（水位、流量、含沙量、土壤含量、下渗等） 气候特征（降水、蒸发、气温、湿度、风等） 气候特征（降水、蒸发、气温、湿度、风等） 流域自然地理（地形、地质、水系、分水线、土壤、 流域自然地理（地形、地质、水系、分水线、土壤、植 被等） 被等） 河道情况（河宽、水深、弯道、建筑物等） 河道情况（河宽、水深、弯道、建筑物等） 人类活动（水利、水土保持措施、土地利用、 人类活动（水利、水土保持措施、土地利用、工农业用 水等）以及水旱灾情，社会经济状况等方面。 水等）以及水旱灾情，社会经济状况等方面。
工程水文 水文信息采集与处理
积点法测流
• 误差：测速垂线数目 • 流速仪水深 • 垂线平均流速 • 部分（垂线间）平均流速 • 部分面积 • 部分流量 • 总断面流量 • 断面平均流速：V均=Q/A • 断面平均水深：h均=A/B
V1=αVm1 V1A1
垂线布置
V2A2
V3A3
Vm1
Vm2
Vm3
V0.0
V0.2
V0.2
V0.2
V0.6
V0.6
V0.6
V0.8
V0.8
V0.8
V1.0 五点法：Vm=0.1(V0.0 +3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0）
水文调查
• 洪水调查估算流量 • 暴雨调查
水文遥感
水文数据处理—水位流量关系
水位 Z
校核Q=VA
高水延长(<30%)、低水延长(<10%)
V A
第三章 水文信息采集处理
• 测站与站网 • 水位观测 • 流量测验 • 水文数据处理 • 其他（略）:降水，蒸发，泥沙，水质，水
温，冰凌，地下水位等
测站与站网
• 测站：水位站、流量站、雨量站、蒸发站 基本站、专用站 • 站网：站网规划要考虑插补、工程位置、
下垫面代表性、优化 • 测站布置： 断面控制：曲线转折形成临界流 河槽控制：断面、低坡、糙率
测站布设
比降上 浮标下
基线
水位观测
水尺
水位计
流量测验
• 流速仪法：积点法 • 必降法 • 量水建筑物 • 化学法 • 超声波 • 电磁 • 容积法
旋浆式流速仪
旋杯式流速仪
横断面测量
• 测深垂线 • 起点距 • 断面索 • 仪器测角交会法 • Gps • 测深杆 • 超声波测深
第三章 水文信息采集与处理(11~14)
• 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。
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：
•
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。
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 qi
i 1
• 五点法 • 断面流速 • 1 Vm (V0.0 3V0.2 3V0.6 2V0.8 V1.0 ) 10
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）
第三章水文信息采集与处理
第三章水文信息采集与处理内容简介·研究对象：水文信息（水位、流量、泥沙等要素）的采集与处理技术。
·研究内容1.水文测站的设立和水文站网的布设；2.水位、流量、泥沙的观测；3.水文的调查方法；4.水文数据的处理方法和技术。
·研究目的：本章的学习目的是要学会收集水文资料，中心内容包括掌握水位、流量、泥沙等水文要素测验的一般方法、日平均水位的计算、流量计算等，同时对水位流量关系有一定的了解。
重点是流量的测算。
第一节水文测站与站网内容提要1.水文测站的内容和分类；2.水文站网的定义和布设原则；3.水文测站的设立；4.收集水文信息的基本途径。
学习要求掌握水文测站和站网的定义、布设原则和内容以及水文信息收集的基本途径。
一、水文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水文测站（如图3-1）。
水文测站所观测的项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等。
只观测上述项目中的一项或少数几项的测站,则按其主要观测项目而分别称为水位站、流量站(也称水文站)、雨量站、蒸发站等。
根据测站的性质,河流水文测站又可分为：（1）基本站：是水文主管部门为全国各地的水文情况而设立的,是为国民经济各方面的需要服务的。
（2）专用站：是为某种专门目的或用途由各部门自行设立的。
这两类测站相辅相成，专用站在面上辅助基本站，而基本站在时间系列上辅助了专用站。
图3-1 某一水文测站图二、水文站网因为单个测站观测到的水文要素其信息只代表了站址处的水文情况，而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网称为水文站网（如图3-2和3-3）。
广义的站网是指测站及其管理机构所组成的信息采集与处理体系。
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，这也就是水文站网的作用。
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水文测站在地理上的分布网称为水文站网
水文站网的作用：在流域内的一些适当地点设站观
测，对所得水文资料进行整理分析，就可以内插出流 域内任何地点的水文要素的特征值 测站在地区分布的科学性、合理性、最优化等问题， 是水文站网规划的任务
二 水文测站的设立
建站包括选择测验河段和布设观测断面
选择测验河段：在保证工作安全和测验精度的条件下，
利于简化观测和资料整理工作。要求测站的水位与流量 关系比较稳定，从而可据水位推求流量，减轻测验工作。 尽量选择河道顺直、河床稳定、水流集中，便于布设测 验设施的河段
布设观测断面：布设基线、水准点和各种断面（基本水
尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面及比降断面
旋杯式流速仪
二 流速测验
（一）流速仪测速及流量计算 1 流速仪简介 根据旋转器种类分为
电铃计数器
传讯盒
尾翼 主要构件有：感应流速的旋转器，记录器，尾翼
旋杯
旋杯式流速仪：测速范围0.2 ~ 3.5 m/s，适用于含沙量 较小的河流 悬杆 旋浆式流速仪：测速范围0.04 ~ 10 m/s ，适用于多沙的 河流
§3.3 流量测验
流量：单位时间内通过河流某一断面的水量， m3/s
流量测验常用的方法有流速仪法和水面浮标法，其 中前者精度最高，应用最广
测流原理：河流断面上的流速不均匀，需分块计算 平均流速和流量。首先用从水面至河底的数条垂线 将测流断面划分成数块部分面积A1，A2，… An，然 后测出每块小面积上的平均流速V1，V2，… Vn。则 全断面流量为： n Q vi A i
3 断面面积测量与计算
b1 ∆A1 h1 b2 ∆A2 H bi bn ∆An ∆Ai hn-1
h2
hi-1
hi
1 Ai (hi 1 hi )bi 2
1 1 A1 h1b1 An hn 1bn 2 2
4 部分流量计算
b1 ∆Q
1
b2
H
bi
bn ∆Qn
∆Q2
∆Qi
Qi Ai Vi
20m V0.2=1.2m/s V0.2=1.2m/s α左=0.9 h1 20m h2 10m α右=0.8
V0.6=1m/s
V0.8=0.8m/s
V0.8=0.8m/s
V0.6=1m/s
20m
V0.2=1.2m/s
10m
20m
h3
5m
h1
α左=0.9
h2
V0.6=0.6m/s α右=0.5 V0.6=1m/s
按测站性质分：基本站、专用站
基本站：由国家统一规划设立的，为国民经济各方面的 需要服务，对水文要素进行较长期、系统的观测，资 料编成《水文年鉴》刊布或以其他形式长期保存
专用站：为科学研究，工程建设、运行管理等某种专门
目的或用途由某些部门自行设立的
两者相辅相成，专用站在面上辅助基本站，而基本站在
时间系列上辅助了专用站
二 水位观测数据的整理
水位观测数据的整理工作包括日平均水位、月平均
水位、年平均水位的计算 根据逐日平均水位可算出月平均水位和年平均水位 日平均水位的计算 1 算术平均法：适用于水位变化缓慢或变化大但为等时 距观测或从自记水位计上摘录时
2 面积包围法：适用于水位变化较大，且为不等时距
观测时
基 本 水 尺 断 面 比 降 上 断 面 浮 标 投 放 断 面 上 比 降 水A 尺 浮 标 上 断 面 α
流 速 仪 测 流 断 面
M
浮 标 下 断 面
比 降 下 断 面
D β 基线 L B
水文测站基线布设与断面布设示意图
基本水尺断面 其上设立基本水尺，用来进行水位观测 流速仪测流断面 应与基本水尺断面重合，不能重合时， 亦不应相距过远 浮标测流断面 共有上、中、下三个断面，中断面一般为 流速仪测流断面。上、下断面之间的距离不宜太短
起点距计算：测角交会法
（ 与 河基 α 岸线 平 起点距L β 行 ） 起点桩
D
L = D ·tan α =D ·cotβ
断面面积测量与计算
b1 ∆A1 h1 b2 ∆A2 H bi bn ∆An ∆Ai hn-1
h2
hi-1
hi
1 Ai (hi 1 hi )bi 2
1 1 A1 h1b1 An hn 1bn 2 2
i 1
由测流原理可知，全断面流量测量包括断面和流速测量 一 断面测量 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、水深并观测水位，用水位减去水深得各 测深垂线处的河底高程，据此绘出过水断面图并计算 断面面积 起点距：测深垂线至起点桩之间的水平距离，可用断面 索观读法（河宽不大时）或测角交会法测量 水深：用测深杆、测深锤、测深铅鱼或超声波回声测声 仪（水很深、流速很大时）等测量 大断面：河道过水断面扩展至历年最高洪水位以上 0.5～1.0m的断面
5 断面流量、断面平均流速计算
Q Qi
i 1
n
A Ai
i 1
n
B bi
i 1
n
V Q/ A
பைடு நூலகம்h A/ B
以上五式分别为过水断面的流量、面积、水面宽度、 平均流速和平均水深的计算式
例3：某河某站横断面如图所示，根据图中所给测流资 料计算该站流量和断面平均流速。测线水深h1=1.5m， h2=0.5m，V0.2，V0.6，V0.8分别表示测线在0.2h，0.6h， 0.8h处的测点流速，α左，α右，分别表示左右岸的岸边 系数
文信息并对其进行数据处理的过程
水文信息的采集方式有两种：水文事件发生
时进行实际观测；水文事件发生后通过调
查获得信息
§3.1 测站与站网
一 测站与站网
在流域内一定地点(断面)按照统一标准对所需水文要
素作系统观测并处理为即时观测信息，这些指定的点 称为测站。所观测的水文要素包括水位、流量、泥沙、 降水、蒸发、水温、水质、冰凌、地下水位等 测站分类 按主要观测项目分为水位站、流量站（也称水文站）、 雨量站、蒸发站等；
水位变化较小(日变幅0.12m内)：8、20时(2段制)
枯水期(日变幅0.06m内) ：8时(1段制)
水位变化较大(日变幅0.12-0.24m内)：2、8、14、
洪水期：视情况采用8段或12段制
20时各测一次(4段制)
比降水尺：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
断面测量步骤
布设测深垂线 测算水位、各测深点的水深和起点距 水位减去水深得到河底高程
绘制过水断面图
计算断面面积
起点距 断面索 b1 起点桩 H1 测深垂线 Ai Hi Hi+1 测深点水深
bi
测流断面示意图
1 A i H i 1 H i b i 2
i 1,2, , n
式中，bi为第i块部分断面的水面宽度，而H0＝Hn＝0
第三章 水文信息采集与处理
内 容： 3.1 测站与站网 3.2 水位观测与计算 3.3 流量测验 3.4 泥沙测验与计算 3.5 水文数据处理
重 点： 流量计算； 水位流量关系曲线； 水位流量关系曲线的延长 难 点： 流量计算 水文流量关系曲线及其延长
水文信息的采集与处理即测量、计算各种水
<1.5
1.5 ~ 2.0 2.0 ~ 3.0 >3.0
测流设施： 测船
水文测流缆道
二 流量计算
布设测速垂线 测速垂线上布设测速点并测速
测速垂线平均流速
部分面积平均流速 部分流量 断面流量
1 测线平均流速计算
方法 一点法 二点法 三点法 五点法 计 算 公 式 Vm=V0.6 Vm=(V0.2+V0.8)/2 Vm=(V0.2+V0.6+V0.8)/3 Vm=(V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0)/10 适合水深(m) < 1.5 1.5 ~ 2.0 2.0 ~ 3.0 > 3.0
测速垂线上的测点数，根据垂线的水深，流速仪的 悬吊方式和测量精度的要求确定
断面上测速垂线和测速点的布设
水面宽度 > 5m时, 测速垂线的数目≥5
测速垂线上测速点的布设，常有一点式、二点
式 、三点式和五点式
> 5m
数目 测点位置 适合的水深(m)
一点
二点 三点 五点
0.6h 或0.5h
0.2、 0.8h 0.2、0.6、0.8h 水面、0.2、0.6、0.8h、 河底
暴雨调查：暴雨调查分历史暴雨调查和现代暴雨调查。
调查的主要内容有暴雨成因、暴雨量、暴雨起止时间、
暴雨变化过程及前期雨量情况、暴雨走向及当时主要
风向风力变化等
§3.2 水位观测与计算
一 水位观测
1 水位：指水体的自由水面离开固定基准面的高程，目 前全国统一采用黄海基面，但各流域由于历史的原因， 多沿用以往基面 2 水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类
测量调查河段的河槽情况；了解流域自然地理情况；
测量调查河段的纵横断面；必要时进行简易地形测量；
分析调查成果，推算洪水总量、洪峰流量、洪水过程
及重现期，最后写出调查报告
枯水调查：必须在水位极枯或较枯时进行历史枯水调
查。河流沿岸的古代遗址、古代墓葬、古代建筑物、 记载水情的碑刻题记等考古实物以及文献资料，都是 调查的重要资料。方法与洪水调查方法相似，但比后 者更为困难
Z
1 [(Z 0 Z1 )t1 ( Z1 Z 2 )t 2 ... ( Z n 2 Z n 1 )t n 1 ( Z n 1 Z n )t n ] 48