水文信息采集与处理.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 水文信息采集与处理,成因分析,“因”作为输入,模型参数确定,规律分析,.,概率统计,样本数据,水文观测与实验,水文信息采集与处理,Contents,基本知识,水位观测及资料整理,流量测验及资料整编,水文调查及水文资料收集,3.1,概述,水文信息采集,：,指系统地收集和整理水文资料的技术工作的统称。狭义的指水文要素的观测。,水文信息采集,是水文学的基础。,水文信息采集工作包括下列各方面：,水文站网的规划、布设和调整，水文站网的规划指拟定和选择水文测站合理布局的方案。,水文测验方法的研究和,技术标准,的制订（测验时制、度量单位、精度要求、计算方法和工作程序等），使得到的各项资料能在同一基础上进行比较和分析。,水文测站上的,观测,：按设站要求分别在站上进行水位观测，流量测验，泥沙测验，水质、水温、冰情、降水量、蒸发量、土壤含水量和地下水位等观测。,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。,站网：,就是测站在地理上的分布网，站网把测站有机地联系起来，使测站发挥更大作用,布站原则,：通过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，达到可以内插领域内任何地点水文要素的特征值的目的。,国家水文站网按测站性质分为：,基本站网、专用站网和实验站网。,基本站,是综合国民经济各方面需要，由国家统一规划，以合理经济的方式建立的。,基本站,执行水文测验 标准，进行较长时期的连续观测，资料编成,水文年鉴,刊布或以其它形式长期存贮。,基本站网（,basic station,）,基本水文站网中，根据测验内容分为,流量站网、水位站网、泥沙站网、雨量站网、蒸发站网和水质站网。,日变幅,0.06m,，每日,8,时一次,二段式,：日变幅,5m,，测速垂线的数目,5,测速垂线上测速点的布置，常有一点式，二点式，三点式和五点式。,5m,3.3.3,流量计算,流量计算，常用的方法有图解法、分析法及流速等值线法等，分析法应用广泛。,点流速,垂线平均流速,部分面积平均流速乘以对应的部分断面面积,部分流量,全断面流量,（,1,）求垂线平均流速,按测点数区分的公式名称,计 算 公 式,适合的水深,(m),一点法,V,m,=V,0.6,3.0,已知各垂线平均流速，则可绘出流速分布,H,1,H,2,H,3,H,4,H,5,W,2,W,3,W,4,W,5,W,1,W,6,b,1,b,2,b,3,b,4,b,5,b,6,V,m1,V,m5,V,m4,V,m3,V,m2,断面流量计算示意图,（,2,）求测流面积上的部分面积,中间部分面积按梯形面积公式计算：,岸边的部分面积按三角形面积计算：,中间部分面积上的平均流速计算：,靠岸边部分面积上的平均流速计算：,式中，,V,m1,靠岸边第一条测线的平均流速,流速系数,(,岸边系数,):,斜坡岸，,=0.7,陡坡岸，,=0.8,光滑坡岸，,=0.9,死水边，,=0.6,（,3,）求部分面积上的平均流速,式中，,W,i,断面上的部分面积,(,m,2,),（,4,）过水断面流量的计算：,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：,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,）。,根据断面垂线起点距、水深和内插求得的虚流速，算出测流断面虚流量,Q,j,再乘以浮标系数,K,j,0.85,0.95,之间，即得测流断面流量,3.4,河流泥沙的测算,河流中的泥沙，按其运动形式可分三类：,悬移质泥沙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。,三者没有严格的界线，随水流条件的变化而相互转化。一般情况，河流中泥沙以悬移质为主。,悬移质泥沙测验与计算,描述河流中悬移质的情况，常用的两个定量指标是,含沙量,和,输沙率,。,含沙量：,单位体积内所含干沙的质量，称为含沙量，用,Cs,表示，单位为,kg/m,3,。,输沙率：,单位时间流过河流某断面的干沙质量，称为输沙率，以,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。,含沙量的测验,式中,Cs-,水样含沙量，,g/L,或,kg/m,3,；,Ws-,水样中的干沙重量，,g,或,kg,；,V-,水样体积，,L,或,m,3,；,输沙率测验,由,含沙量测定,和,流量测验,两部分组成。,悬移质输沙率测验：,布设测速和测沙垂线，在各垂线上施测起点距、水深、流速，采集水样。,取样垂线数目不少于规范规定测速垂线数的,1/2,；水面宽大于,50m,时，不少于,5,条；否则，不少于,3,条。,取样点分布视水深大小以及要求的精度而定。,取样主要在洪水期进行。,C,s0,C,s1,C,s2,q,0,q,1,q,2,q,3,Q,s,输沙率测验,畅流期的垂线平均含沙量的计算式为：,三点法,：,式中,Csm-,垂线平均含沙量，,kg/m,3,；,C,sj,-,测点含沙量，脚标,j,为该点的相对水深，,kg/m,3,；,V,j,-,测点流速，,m/s,，脚标,j,的含意同上；,Vm-,垂线平均流速，,m/s,；,根据各条垂线的平均含沙量,C,smj,，配合测流计算的部分流量，即可算得断面输沙率,Q,s,(t/s),为：,qi-,第,i,根垂线与第,i-1,根垂线间的部分流量，,m,3,/s,；,Csmi-,第,i,根垂线的平均含沙量，,kg/m,3,。,断面平均含沙量：,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。,水文数据属国家公益性数据。,处理工作包括：,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,。,本节重点是流量资料整编：水位流量关系、逐时、逐日值的推求。,3.5.1,水位流量关系曲线的绘制,水位流量关系曲线可分为,稳定的,和,不稳定,的两类。,(1),稳定的水位流量关系曲线,Q,Z,Z,A,V,Z,Q-AV,0.01,在天然河道里，由于,河床冲淤，洪水涨落、变动回水、结冰,等影响使水位流量关系,难以保持单一关系,。,同一水位不同时期通过断面的流量不是定值，点绘出的水位流量关系曲线，其点据分布比较散乱，这种情况称为不稳定的水位流量关系。,可以说，天然河道的水位流量关系一般是不稳定的。,（,2,）不稳定的水位流量关系,不稳定的水位流量关系曲线确定：,曼宁公式：,式中，,Q,流量；,A,过水断面；,R,水力半径；,n,糙率；,J,水面比降；,R=A/X,，,A=bh,（矩形）,结论：,由上式可以判断，水位一定，流量仍受到许多因素的影响，故水位和流量不是单一的函数关系，即不稳定的水位流量关系。,不稳定的水位流量关系曲线的处理方法很多，经常使用的有以下两种。,临时曲线法：,若水位流量关系受,不经常的冲淤影响,或比较稳定的,结冰影响,，在一定时期内关系点子密集成一带状，能符合定单一线的要求时，可以分期定出,Z,Q,曲线。,受河床冲淤影响的水位流量关系,受变动回水影响的水位流量关系,？,v,1,v,2,受洪水涨落影响的水位流量关系,洪水水面是在河道沿程发生高低起伏的一种波动，称为洪水波。稳定流水面比降,i,0,、洪水波的水面比降,i,、,i,i,i,0,为附加比降。,波前部分,ii,0,，波后部分,ii,0,。,当河流稳定时，,i,0,；涨洪时，,i,0,；落洪时，,i,0,。,同一断面上,受多种因素混合影响而连续变化时,2,9 10 11 12,6 7 8,2,t,Z,Z,Q,1,3,4 5,1,3,4,5,6,7,11 10,9,12,8,连时序法：,当测流次数较多，能控制水位流量关系变化的转折点时，一般多用连时序法。其绘制过程如下：,这种情况的,Z,Q,曲线一般为绳套形，使用时按水位发生时间在,Z,Q,曲线的相应位置查读流量。,(2),水位流量关系的延长,实际中，最高水位,(,洪水流量,),和最低水位,(,枯水流量,),施测困难，故需对水位流量关系曲线进行外延。,高水延长：,影响洪水流量过程，包括洪峰。,延长幅度不应超过当年实测流量所,占水位变幅的,30%,。,低水延长：,相对误差较大且影响历时长。,延长幅度不超过,10%,。,高水延长,根据水位面积、水位流速关系延长,当河床比较稳定，河槽形状无很大变化的测站，在高水位时，,水位过水断面面积,，,水位流速,的关系曲线常为一线性关系，而且,水位流速的关系直线近似平行于垂轴,，则可按此趋势延长。,由实测资料绘制水位面积关系曲线；,根据水位流速关系曲线，从上端按直线趋势延长；,按延长部分各级水位和相应的过水断面积相乘，即得到延长部分的流量水位的关系曲线,。,Z,(,m,),Q/F/V,Z Q,Z V,Q=VF,Z F,用水力学公式高水延长,低水位,Z Q,的延长方法,趋势法：,以断流水位,(,Q,=0),作为控制水位点，从实测部分向下延长。,Q,a,Q,b,Q,c,Z,Z,c,Z,b,Z,a,Z,0,石梁,/,浅滩,测站下游的浅滩、石梁及取基本水尺断面的最低点均可作为断流水位,Z,0,假定中低水位部分的水位和流量的关系可表示为：,式中，,Z,0,断流水位；,n,K,经验常数。,在实测,Z Q,关系曲线上，取,(,Z,a,Q,a,),(,Z,b,Q,b,),(,Z,c,Q,c,),三个点，使满足：,将,(,A,),代入上式得：,分析法,:,Q,a,Q,b,Q,c,Z,0,Z,Z,c,Z,b,Z,a,(,A,),（,3,）日平均流量计算及合理性经验,当流量变化平稳时，可用日平均水位在水位流量关系曲线上推求日平均流量。,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。,据此计算月平均流量和年平均流量。,(4),水文数据处理成果的刊布,由主管单位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次水文年鉴。,年鉴中载有,：,测站分布图，水文站说明表及位置图，各站的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、地下水、降水量、蒸发量等资料。,3.7,水文调查,水文调查,是,补充定位观测的不足，使水文资料更加系统完整，更好地满足水资源开发利用、水利水电建设及其它国民经济建设的需要的一种有效手段。,水文调查内容：,（,1,）流域调查；,基本情况,（,2,）水量调查；,水利设施、分洪决口影响,（,3,）洪水调查和暴雨调查；,特大洪水、特大暴雨,（,4,）专项水文调查。,泉水调查、岩溶地区水文调查,1.,洪水的调查,洪水调查工作包括：,调查洪水痕迹洪水发生的时间、灾情测量、洪水痕迹的高程、了解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；,必要时应在调查河段进行简易地形测量；,对调查成果进行分析，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。,当洪水痕迹高程确定以后，可推算出相应于此洪水位的洪峰流量。常用的方法有：,水位流量关系法：如果调查河段附近有水文站，则可利用水文站的水位流量关系曲线加以延长，以求得洪峰流量。,比降法：当能够确定调查河段的水面比降或者在没有水文站的河段上，可采用下式计算。,溃坝、决口和分洪洪水调查,（,1,）溃坝洪水调查：水库概况、溃坝,前库内水情、决口断面的测量和调查。,（,2,）河堤决口调查：决口位置和数量、原因、口门扩展过程；决口发生时间和相应河道水位、决口前后水情、分洪水量去向；决口洪量的估算等。,（,3,）分洪滞洪调查：人工扒口无建筑物控制的调查与河堤决口调查相同；有建筑物控制的应调查闸门开孔高度及孔数、分洪滞洪开始时间及河道水位的变化过程，滞洪区蓄水情况；估算分洪、滞洪的洪量。,历史洪水考证,收集宫廷档案、实录、文书、水利河道专著、地方志、历史水文气象记录、古建筑物附近保留的碑文、刻记、地区性历史档案等。对洪峰流量、洪水总量的量级及重现期进行分析，当定量分析有困难时，可定性的将洪水分为,非常洪水、特大洪水、大洪水、一般洪水。,2.,暴雨调查,暴雨调查有两种：,调查历史暴雨和调查现代暴雨。,暴雨调查的主要内容有：,暴雨成因、暴雨量、暴雨起迄时间、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.,枯水调查,历史枯水的调查工作必须在水位极枯或较枯的时候才能进行，不象对洪水的调查那样，随时都可以进行。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，都是进行历史水文调查的重要资料。调查方法与洪水调查方法基本相似，一般比历史洪水调查更为困难。,四川涪陵白鹤梁上部分石刻题记,四川涪陵白鹤梁上部分石刻题记,葛洲坝水电站和三峡工程都有参考,碑文：,涪江石鱼，镌于波底，现则岁丰，数千百年来传为盛事。康熙乙丑春五水落，而鱼复出。望前二日，偕同人往观之，仿佛双鱼冥莲隐跃。盖因岁久剥落，形质模糊几不可问，遂命石工可而新之，碑不至湮没无传，且以望丰亨之永兆云尔。,公 元,朝 代 纪 元,高程（,m,）,题刻摘要,764.3.8,4.5,唐广德春二月岁次甲辰,-0.08,谢昌瑜等状申：古记云：江水退，石鱼出见。下去水四尺,971.3.9,宋开宝四年二月辛卯朔十日丙（子）,-0.08,谢昌瑜等状申：今又复见者,1074.2.22,宋熙宁七年正月廿四日,-0.08,韩震题记：广德年鱼去水四尺，今又过之,1074,75,宋熙宁七年,-0.13,水齐至此,1086.2.23,宋元丰九年次丙寅二月七日,-0.16,郑颛等题记：江水至此鱼下五尺,1107.1.30,宋大观元年正月壬辰,-0.32,庞恭孙等题记：水去鱼下七尺,1129.2.11,宋建炎巳酉正月廿一日,-0.24,陈似题记：时鱼去水六尺,1138.1.23,2.1,宋绍兴丁巳十二月中休日,-0.16,贾思诚等题记：鱼出水面数尺,1138.1.23,2.1,宋绍兴丁巳十二月中休日,+0.13,贾思诚等题记,1138.1.24,宋绍兴丁巳季冬十有二日,+0.33,贾思诚题记,1140.2.9,绍兴赓申首春巳末,-0.63,孙仁宅等题记（横刻）,1140.3.2,宋绍兴赓申仲春十有二日,+0.23,张彦中等题记,1144.2.3,宋绍兴十三年除夕前二日,+0.38,李景等题记：鱼在水尚一尺,1145.2.24,3.5,宋绍兴乙丑仲春上休日,-0.08,杨谔等题记：石鱼出水四尺,1148.2.22,3.21,宋绍兴戊辰中春,+0.27,邓子华题记,1148.2.19,宋绍兴戊辰正月二十有八日,-0.16,何宪等倡和诗：鱼出水数尺（以五尺计）,1156,宋绍兴丙子,+0.12,张松兑题记：石鱼去水无尺许,1171.2.7,宋乾道辛卯元日,-0.10,谭深之等题记（倒刻）,1178.1.23,宋淳熙五年正月三日,0.00,陶仲卿题记：水落鱼下三尺,1178.1.27,宋淳熙戊戌人日,+0.10,冯和叔等题记,1179,宋淳熙巳亥,-0.08,朱永裔题记：鱼出水几四尺（以四尺计）,1184.2.20,宋淳熙甲辰人日,+0.21,夏敏彦等题记,1226.2.6,宋宝庆丙戌谷日,-0.24,李玉新题记：石鱼出水面六尺,1226,宋宝庆丙戌,+0.20,宝庆丙戌水齐此,1258.3.4,宋宝佑戊午正月戊寅,+0.09,何震武等题记,1329.1.31,4.29,元天历已巳春,+0.08,宣侯题记：水去鱼下二尺（横刻）,1330.2.3,元天历庚午上元日,-0.16,宣侯题记：覆去五尺,1404.2.3,明永乐甲申,+0.06,雷毂题记,1405.3.2,明永乐乙酉仲春二日,-0.16,雷毂题记：水去鱼下五尺,1453,明景泰四年癸酉,-0.19,题记,1459.3.5,明天顺三年仲春月吉旦,-0.06,戴良军题记,1589,明万历巳丑,+0.16,江应晓诗：水底影浮刚一尺,1685.2.15,4.16,清康熙乙丑春望前二日,+0.10,肖星拱题记,1796.4.25,清嘉庆元年三月十八日,-0.43,陈鹏翼等题记：至此犹下八尺多,4.,水文遥感,遥感即遥远的感知，从远距离、高空，以至外层空间的平台上，利用可见光、微波等探测仪器，通过摄影或扫描，信息感应、传输和处理，从而识别物体的性质和运动状态。,遥感技术（,RS,）与地理信息系统（,GIS,）、全球定位系统（,GPS,）、各种地面观测技术、信息分析技术等结合，正在形成一门崭新的地球信息科学。,在水文水资源调查方面应用显著：流域调查、水资源调查、水质监测、洪涝灾害的监测、泥沙淤积、河床演变、降雨量测定及水情预报。,3.8,水文资料的收集,水文年鉴和水文数据库,水文手册和水文图集,水质和水温资料,水文年鉴,