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    水文测验学(第二节)

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    水文测验学(第二节)

    1、水文测验 Hydrometry,第二章 水位观测 ( Water Level Observation),内容提纲,水位观测作用及影响因素 水位观测设备 日平均水位计算,第二章 水位观测 ( Water Level Observation),第一节 水位观测作用及影响因素 ( Water Level Observation and Its Influencing Factors ),水位是反映水体、水流变化的重要标志。 水位观测可直接用于水文预报。 通过水位推求流量及其变化过程。 利用水位还可推求水面比降和江河湖库的蓄水量。,一、水位观测作用,二、影响水位变化的因素,第一节 水位观测作用及影响因

    2、素 ( Water Level Observation and Its Influencing Factors ),水位的变化主要取决于水体自身水量的变化和约束水体条件的改变。,水体自身水量的变化:江河、渠道的来水量和引出量、蒸发、泄露等的出水量。,约束水体条件:河道的冲淤、水库和湖泊的淤积;河道内水生植物的生长、死亡;堤防的溃决、洪水的分洪。,冲刷-淤积,三、基面与水准点,第一节 水位观测作用及影响因素 ( Water Level Observation and Its Influencing Factors ),基面:作为水位高程起算零点的固定基准面。 水文测验中采用的基面有四种: 绝对基

    3、面、测站基面、假定基面、冻结基面,绝对基面 以某一海滨地点的特征海水面为水准基面,这个特征海水面的高程定为0.000m。目前我国使用的基面有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。 假定基面 水文测站附近没有国家水准点时,暂时假定的一个水准基本面,作为本站水位和高程起算零点的基准面。(暂时使用,以后有接测条件时,可更改为绝对基面),测站基面(属于假定基面) 对于通航的河道,基面一般选在河库最低点以下0.51.0m处;对于水深较大的河流,基面一般选择在历年最低水位以下0.51.0m处。(可以长期使用,也可以更改) 冻结基面 将测站第一次使用的基面固定下来,作为冻结基面。,思考,不同基面的关

    4、系?,第二节 水位的观测设备 ( Water Level Observation Equipment ),水位观测设备有直接观测设备和间接观测设备。 直接观测设备:水尺(传统式,人工读取) 间接观测设备:自记水位计(感应-传感-记录),第二节 水位的观测设备 ( Water Level Observation Equipment ),一、水位的直接观测设备,(一)水尺的种类 按水尺的构造分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式。 水位=水尺读数+水尺零点高程,直立式水尺 由水尺靠桩和水尺板组成。 沿水位观测断面设置一组水尺 水尺靠桩要求牢固,打入河底 水尺板通常长1m,宽8-10cm 水尺刻度1cm

    5、,误差不大于0.5mm 相邻水尺之间的水位要有一定的重合,重合范围要求0.1-0.2m,倾斜式水尺 条件:当测验河段内岸边有规则平整的斜坡时,可在岩石或水工建筑物的斜面上,直接涂绘水尺刻度。 优点:耐久,不易冲毁,零点高程不易变动 缺点:水尺刻度容易被淤泥覆盖,矮桩式水尺 条件:受航运、流冰影响严重,不宜设立直立式和倾斜式水尺的测站。 组成:矮桩和测尺。 读数:矮桩入土,桩顶高出河床线5-20cm,读数时将测尺垂直放于桩顶,水位=测尺读数+桩顶高程 悬锤式水尺 由一条带有重锤的绳或链构成的水尺。 适用条件:坚固的陡岸、桥梁或地下水位。 水位测量方法:从水面以上某一已知高程的固定点测量离水面的竖

    6、直高差来计算。,(二)水尺的布置和零点高程测量 水尺布设范围:高于测站历年最高、低于测站历年最低水位0.5m; 同一组基本水尺,应设置在同一断面线上; 水尺设立后,应立即测定其零点高程。,二、水位的间接观测设备,间接观测设备主要由感应器、传感器和记录装置3部分组成。 按感应方式可分为浮子式、水压式、超声波式,浮子式水位计,原理:利用水面的浮子随水面一同升降,并将它的运动通过比例轮传递给记录装置。 组成: 水位感应部件(感应水位的高低);传动部件(将浮子感应的水位变化传递给记录部件);记录部件(记录水位随时间的变化,有模拟画线和数字记录2种。),使用浮子式水位计观测水位,需要建造水位计台,以便安

    7、装传感设备。,水压式水位计,通过测量水体的静水压力,实现水位测量的仪器。 使用方法:将压力传感器或压力变换器直接投入水下测点感应静水压力的水位。,水压式水位计构造框架,超声波式水位计,一种将声学和电子技术相结合的水位测量仪器。一般由换能器、超声发收控制部分、数据显示记录部分和电源组成。,原理:当超声波在空气中传播到水面后被反射,仪器测得声波往返于传感器到水面之间的时间,根据超声波在空气中传播速度计算距离。,第三节 水位观测与日平均水位计算 ( Water Level Observation and Calculation of Daily Mean Water Level ),一、水位观测,(

    8、一)用水尺观测水位的基本要求: 水位观测的次数能完整地控制水位涨落的变化过程。每日8时为基本定时观测时间;水位有缓慢变化时,每日8时、20时观测2次;当水位变化较大,每日2时、8时、14时、20时观测4次;在洪水期,应加密观测次数,可每1-6小时观测一次。,水位的观测精度应满足使用要求。在一般水位观测中,水尺读数和水位值应准确0.01m。当上、下比降断面水位差小于0.20m时 ,应准确测记至0.005m。时间记录至分。,附属项目观测根据观测对象的特点,必要时,应将风力、风向、水面起伏度、流向以及漫滩、分流、决口、临时堤坝、闸门启闭情况、回水、河干断流、冰情等作为附属项目,进行简要的观测和记载,

    9、以供分析和资料整编时查证。,水尺水位观读的主要误差来源: (1)观测员视线与水面不平行时所产生的折光影响。 (2)波浪影响。 (3)水尺附近停靠船只或有其它障碍物的阻水、壅水影响。 (4)时钟不准。 (5)在风浪、回流等影响下,观察时间过短,读数缺乏代表性。,(二)用水位计观测水位的基本要求: 更换记录纸要求在安装自记水位计之前或换记录纸时,应检查感应装置的灵敏性和走时机构的正常性。电源要充足,记录笔、墨水应适度。换纸后,应上紧自记钟,将自记笔尖调整到当时的准确时间和水位坐标上。,水位急剧变化时要求自记水位计应按记录周期定时换纸,并应注明换纸时间与校核水位。当换纸时恰逢水位急剧变化或高、低潮时

    10、,可适当延迟换纸时间。 校测和检查对自记水位计应定时进行校测和检查。资料用于潮汐预报的潮水位站应每日8时、20时校测两次;当一日内水位变化较大时,应根据水位变化情况增加校测次数。,二、日平均水位计算,第三节 水位观测与日平均水位计算 ( Water Level Observation and Calculation of Daily Mean Water Level ),水位观测结果除需要挑选最高水位和最低水位,还需要计算平均水位(日、旬、月和年)。 日平均水位:指在某一水位观测点1日内水位的平均值。,日平均水位的计算方法: (1)如果水位变化缓慢,或虽变化较大但系等时距观测,可采用算术平均法

    11、。 (2)若一日内水位变化剧烈且不是等时距观测,则采用面积包围法。,面积包围法,含义:一日水位过程线与时间轴包围的面积除24h 共 个水位, 个面积,总面积 除24h为 从中括号中提出1/2得 式中 为0时和24时的水位,若未观测,则应利用前一日及后一日观测的相邻水位直线内插法求出。,代表一个梯形面积,算术平均法,当1日内水位变化不大,或虽变化较大但系等时距观测或摘录时,可用算术平均法计算水位。其计算公式为:,n日观测水位的次数,适用条件(当水位直线上升或下降时,与面积包围法相比误差控制在1cm时): 水位变幅不超过0.12m时,计算水位只用8时、20时两次水位即可; 水位变幅0.12-0.24m时,计算水位需要2时、8时、14时、20时四次水位; 水位变幅0.24-0.48m时,计算水位需要2时、 5时、 8时、 11时、 14时、17时、 20时、 23时八次水位; 水位变幅小于0.06m时,可用8时1次水位代替日平均水位,课堂练习,已知某水位观测断面2016年7月5日8时至7日20时的的水位观测数据,请计算6日的平均水位(面积包围法)。,课程小结,理解水位观测在水文工作中的重要作用 了解水位观测常用的设备 掌握日平均水位计算,1、水尺有那些主要类型?布设的要求是什么? 2、计算日平均水位主要有哪些方法? 3、完成课堂计算,思考题与作业,


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