工程水文及水利計(jì)算(武大版教材)

工程水文與水利計(jì)算(武大版教材)第三章 水文信息采集與處理水文信息采集與處理是：爭論各種水文信息的測量、計(jì)算與數(shù)據(jù)處理的原理和方法的-門科學(xué),是水文學(xué)與水資源學(xué)的重要組成局部。水文信息的采集有兩種狀況:一種是對水文大事當(dāng)時(shí)發(fā)生狀況下實(shí)際觀測的信息;另一種是對水文大事發(fā)生后進(jìn)展調(diào)查.所得的信息。儀器的不斷消滅,更促進(jìn)了獵取水文信息手段不斷更。第一節(jié) 測站與站網(wǎng)一、測站測站：在流域內(nèi)肯定地點(diǎn)(或斷面)按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對所需要的水文要素作地點(diǎn)稱為測站。水文測站所觀測的工程有：水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水位等。只觀測上述工程中的一項(xiàng)或少數(shù)幾項(xiàng)的測站,則按其主要觀測工程而分別稱為水位站、流量站(也稱水文站)、雨量站、蒸發(fā)站等。依據(jù)測站的性質(zhì),河流水文測站又可分為根本站、專用站兩大類。根本站是水文主管部門為全國各地的水文狀況而設(shè)立的,是為國民經(jīng)濟(jì)各方面的需要效勞的。專用站相輔相成的,專用站在面上關(guān)心根本站,而根本站在時(shí)間系列上關(guān)心了專用站。.二、水文站網(wǎng)測站在地理上的分布網(wǎng)稱為站網(wǎng)。由于單個(gè)測站觀測到的水文要素其信息只代表了站址處的水文狀況,而流域上的水文狀況則須在流域內(nèi)的一些適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)布站觀測。廣義的站網(wǎng)是指測站及其治理機(jī)構(gòu)所組成的信息采集與處理體系。布站的原則是通過所設(shè)站網(wǎng)采集到的水文信息經(jīng)過整理分析后,到達(dá)可以內(nèi)插流域內(nèi)任何地點(diǎn)水文要素的特征值,這也就是水文站網(wǎng)的作用。最優(yōu)化等問題。按站網(wǎng)規(guī)劃的原則布設(shè)測站,例如：河道流量站的布設(shè),當(dāng)流域面積超過3000--~5000km2,應(yīng)考慮能夠利用設(shè)站地點(diǎn)的資料,把干流上沒有測站地點(diǎn)的徑流特性插補(bǔ)出來。估量將修建水利工程的地段,一般應(yīng)布站觀測。對于較小流域,雖然不行能全部設(shè)站觀測,應(yīng)在水文特征分區(qū)的根底上,選擇有代表性的河流進(jìn)展觀測。地質(zhì)、土壤、植被、河網(wǎng)密集程度等下墊面因素分類布站。布站時(shí)還應(yīng)留意雨量站與流量站的協(xié)作。對于平原水網(wǎng)區(qū)和建有水利工程的地區(qū),應(yīng)留意按水量平衡的原則布站。也可以依據(jù)實(shí)際需要,安排局部測站每年只在局部時(shí)期(如汛期或枯zk期)進(jìn)展觀測。和經(jīng)濟(jì)條件這三個(gè)因素作為考慮的根底。我國水文站網(wǎng)于1956年開頭統(tǒng)一規(guī)劃布站,經(jīng)過屢次調(diào)整,布局已比較合理,對國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)展起樂觀作用。但隨著我國水利水電進(jìn)展的狀況,大規(guī)模人類活動的影響,不斷轉(zhuǎn)變著自然河流產(chǎn)匯流、蓄水及來水量等條件,因此對水文站網(wǎng)要進(jìn)展適當(dāng)調(diào)整、補(bǔ)充。三、水文測站的設(shè)立建站包括選擇測驗(yàn)河段和布設(shè)觀測斷面。在站網(wǎng)規(guī)劃規(guī)定的范圍內(nèi),具體選擇測驗(yàn)河段時(shí),主要考慮在滿足設(shè)站目的要求的前提下,保證工作安全和測驗(yàn)精度,并有利于簡化水文要素的觀測和信息的整理分析工作。具體地說,就是測站的水位與流量之間呈良好的穩(wěn)定關(guān)系(單一關(guān)系)。該關(guān)系往往受一斷面或一個(gè)河段的水力因素掌握,前者稱為斷面掌握,后者稱為河槽掌握。斷面掌握的原理是在自然河道中,由于地質(zhì)或人工的緣由,造成河段中局部界水深,從而構(gòu)成斷面掌握。當(dāng)水位流量關(guān)系要靠一段河槽所發(fā)生的阻力作用來掌握,如該河段的底坡、斷面外形、糙率等因素比較穩(wěn)定,則水位流量關(guān)系也比較穩(wěn)定。這就屬于河槽掌握。在河流上設(shè)立水文測站：平原地區(qū)且盡量避開變動回水、急劇沖淤變化、分流、斜流、嚴(yán)峻漫灘等以及阻礙測驗(yàn)工作的地貌、地物。結(jié)冰河流,還應(yīng)避開簡潔發(fā)生冰塞、冰壩的地方。山區(qū)河流應(yīng)在有石梁、急灘、卡口、彎道上游四周規(guī)整河段上選站。水文測站一般應(yīng)布設(shè)基線、水準(zhǔn)點(diǎn)和各種斷面,即根本水尺斷面、流速儀測流斷面、浮標(biāo)測流斷面比降斷面。根本水尺斷面上設(shè)立根本水尺,用來進(jìn)展常常的水位觀測。測流斷面應(yīng)與根本水尺斷面重合,且與斷面平均流向垂直。假設(shè)不能重合時(shí),浮標(biāo)測流斷面流速的50~80倍。比降斷面設(shè)立比降水尺,用來觀測河流的水面比降和分析河床的糙率。上、下比降斷面間的河底和水面比降,不應(yīng)有明顯的轉(zhuǎn)折,其間距應(yīng)使得所測比降的誤差能在±15%以內(nèi)。水準(zhǔn)點(diǎn)分為根本水準(zhǔn)點(diǎn)和校核水準(zhǔn)點(diǎn),均應(yīng)設(shè)在基巖或穩(wěn)定的永久性建筑物上,也可埋設(shè)于土中的石柱或混凝土樁上。根本水準(zhǔn)點(diǎn)是測定測站上各種高程的根本依據(jù),校核水準(zhǔn)點(diǎn)是常常用來校核水尺零點(diǎn)的高程?；€通常與測流斷面垂直,起點(diǎn)在測流斷面線上。其用途是用經(jīng)緯儀或六分儀測角交會法推求垂線在斷面上的位置。基線的長度視河寬B而定,一般應(yīng)為0.6B。當(dāng)受地形限制的狀況下,基線長度最短也應(yīng)為0.3B?；€長度的丈量誤差不得大于1/1000，見圖3-1所示。圖3-1水文測站基線與斷面布設(shè)示意圖圖3-1水文測站基線與斷面布設(shè)示意圖四、收集水文信息的根本途徑駐測：上述在河流或流域內(nèi)的固定點(diǎn)上對水文要素所進(jìn)展的觀測稱駐測。這是我國收集水文信息的最根本方式。但存在著用人多、站點(diǎn)缺乏、效益低等缺點(diǎn)。為了更好提高水文信息采集的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,經(jīng)過20多年的實(shí)踐,實(shí)行駐測、巡測、間測及水文調(diào)查相結(jié)合的方式收集水文信息,可更好地滿足生產(chǎn)的要求。巡測是觀測人員以巡回流淌的方式定期或不定期地對一地區(qū)或流域內(nèi)各觀測點(diǎn)進(jìn)展流量等水文要素的觀測。間測是中小河流水文站有10年以上資料分析證明其歷年水位流量關(guān)系穩(wěn)定,或其變化在允許誤差范圍內(nèi),對其中一要素(如流量)停測一時(shí)期再施測的測停相間的測驗(yàn)方式。停測期間,其值由另一要素(水位)的實(shí)測值來推算。水文調(diào)查是為彌補(bǔ)水文根本站網(wǎng)定位觀測的缺乏或其他特定目的,承受勘測、調(diào)查、考證等手段進(jìn)展收集水文信息的工作。其次節(jié)水位觀測水位,高程,以m計(jì)。水位與高程數(shù)值一樣,要指明其所用基面才有意義?；妫耗壳叭珖y(tǒng)一承受黃?；?但各流域由于歷史的緣由,多沿用以往使用的,也有使用或凍結(jié)基面的。使用水位資料時(shí)肯定要查清其基面。水位觀測的作用一是直接為水利、水運(yùn)、防洪、防澇供給具有單獨(dú)使用價(jià)值的資料,如堤防、壩高、橋梁及涵洞、大路路面標(biāo)高確實(shí)定,二是為Q=f(Z),s=(Z2-Z1)/L,水資源計(jì)算,水文預(yù)報(bào)中的上、下游水位相關(guān)法等。其中Q為流量,以m3/s計(jì);S為比降,以千分率或萬分率表示;Z2、Zl分別為上、下比降斷面的水位;L為上、下比降斷面的間距,單位均以m計(jì)。水位觀測的常用設(shè)備有水尺和自記水位計(jì)兩類。按水尺的構(gòu)造形式不同,可分為直立式、傾斜式、矮樁式與懸錘式等。觀測時(shí),水面在水尺上的讀數(shù)加上水尺零點(diǎn)的高程即為當(dāng)時(shí)的水位值水尺零點(diǎn)高程是一個(gè)重要的數(shù)據(jù),要定期依據(jù)測站的校核水準(zhǔn)點(diǎn)對各水尺的零點(diǎn)高程進(jìn)展校核。自記水位計(jì)能將水位變化的連續(xù)過程自動記錄下來,有的還能將所觀測的數(shù)據(jù)以數(shù)字或圖像的形式遠(yuǎn)傳室內(nèi),使水位觀測工作趨于自動化和遠(yuǎn)詢問全國范圍內(nèi)各測站當(dāng)時(shí)的水位,而這些又幾乎都是無人駐守測站。水位的觀測包括根本水尺和比降水尺的水位。,當(dāng)水位變化緩慢時(shí)(日變幅在0.12m以內(nèi)),每日8時(shí)和時(shí)各觀測一次(稱2段制觀測,8時(shí)是根本時(shí));枯水期日變幅在0.06m以內(nèi),0.12~024m時(shí),用4段制觀測;依次8段、12段制等。有峰谷消滅時(shí),還要加測。比降水尺觀測的目的是計(jì)算水面比降,分析河床糙率等。其觀測次數(shù),視需要而定。水位觀測數(shù)據(jù)整理工作的內(nèi)容包括日平均水位、月平均水位、年平均水位的計(jì)算。日平均水位的計(jì)算方法有二:假設(shè)一日內(nèi)水位變化緩慢,或水位變化較大,但系等時(shí)距人工觀測或從自記水位計(jì)上摘錄,承受算術(shù)平均法計(jì)算;錄,則承受面積包圍法,馬上當(dāng)日0~24小時(shí)內(nèi)水位過程線所包圍的面積,除以一日時(shí)間求得(見圖3-2),其計(jì)算公式為：z1zt48 0 1

z(t1

t2

)z2

(t2

t3

)

n1

(t

n1

tn

)ztn n(3-1)如0時(shí)或24時(shí)無實(shí)測數(shù)據(jù),則依據(jù)前后相鄰水位直線內(nèi)插求得。錄表內(nèi)。圖3-2面積包圍法示意圖第三節(jié) 流量測驗(yàn)一、概述流量是單位時(shí)間內(nèi)流過江河某一橫斷面的水量,以m3/s計(jì)。它是反映水文特征值。流量是依據(jù)河流水情變化的特點(diǎn),在水文站上用各種測流方法進(jìn)展流量測驗(yàn)取得實(shí)測數(shù)據(jù),經(jīng)過分析、計(jì)算和整理而得的資料,用于江河流量變化的規(guī)律,為國民經(jīng)濟(jì)各部門效勞。測流方法很多,按其工作原理,可分為以下幾種類型。(1)流速面積法深水浮標(biāo)法等)。(2)水力學(xué)法。包括量水建筑物和水工建筑物測流。(3)化學(xué)法。又稱溶液法、稀釋法、混合法。物理法。有超聲波法、電磁法和光學(xué)法。直接法。有容積法和重量法，適用于流量微小的溝澗。本節(jié)主要介紹流速儀法測流。二、流速儀法測流由于河流過水?dāng)嗝娴男螒B(tài)、河床外表特性、河底縱坡、河道彎曲狀況平及垂直方向不同而變化，即V=f(b,h)。其中V為斷面上某一點(diǎn)的流速,b為該點(diǎn)至水邊的水平距離，h為該點(diǎn)至水面的垂直距離。因此，通過全斷面的流量Q為:QAvdABf,h)dhdb 0 0 0式中A一一水道斷面面積,dA則為A內(nèi)的單元面積(其寬為db,高為dh),m2;V一一垂直于dA的流速,m/s;B一一水面寬度,m;H一一水深,m。由于f(b,h)的關(guān)系簡單,目前尚不能用數(shù)學(xué)公式表達(dá),實(shí)際工作中把上述積分式變成有限差分的形式來推求流量。流速儀法測流,就是將水道斷面劃分為假設(shè)干局部,用一般測量方法測算出各局部斷面的面積w,用流速儀施測流速并計(jì)算出各局部面積上的平均流速i,兩者的乘積,稱為局部流量,各局部流量的和為全斷面的流量,即:viQn

n

(3-3)wvi i ii1 i1式中qi一一第i個(gè)局部的局部流量,m3/s;n一一局部的個(gè)數(shù)。需要留意的是,實(shí)際測流時(shí)不行能將局部面積分成無限多,而是分成有限個(gè)局部,所以實(shí)測值只是靠近真值;河道測流需時(shí)間較長,不能在瞬時(shí)完成,因此實(shí)測流量是時(shí)段的平均值。由此可見,測流工作實(shí)質(zhì)上是測量橫斷面及流速測驗(yàn)兩局部工作。(二)斷面測量河道水道斷面的測量,是在斷面上布設(shè)肯定數(shù)量的測深垂線,施測各條測深垂線的起點(diǎn)距和水深并觀測水位,各測深垂線處的河底高程為：河底高程=水位-水深測深垂線的位置,應(yīng)依據(jù)斷面狀況布設(shè)于河床變化的轉(zhuǎn)折處,并且主槽較密,灘地較稀。測深垂線的起點(diǎn)距是指該測深垂線至基線上的起點(diǎn)樁之間的水平距離。測定起點(diǎn)距的方法有多種：斷面索法，適宜中小河流，可在斷面上架設(shè)過河索道,并直接讀出起點(diǎn)距,稱此法為斷面索法;儀器測角交會法，大河上常用儀器測角交會法。常用儀器為經(jīng)緯儀,經(jīng)緯儀,觀測測深垂線與基線之間的夾角。因基線長度,即可算出起點(diǎn)距;目前最先進(jìn)的是用全球定位系統(tǒng)(GPS)定位的方法,它是利用全球定位儀接收天空中的三顆人造定點(diǎn)衛(wèi)星的特定信號來確定其在地球上處位置的坐標(biāo),優(yōu)點(diǎn)是不受任何天氣氣候的干擾,24小時(shí)均可連續(xù)施測,且快速、便利、準(zhǔn)確。水深一般用測深桿、測深錘或測深鉛魚等直接測量。超聲波回聲測聲儀也可施測水深,它是利用超聲波具有定向反射的特性,依據(jù)聲波在水中的傳播速度和超聲波從放射到回收來回所經(jīng)過的時(shí)間計(jì)算出水深,具有精度等優(yōu)點(diǎn)。大斷面：河道水道斷面擴(kuò)展至歷年最高洪水位以上0.5~1.om的斷面稱為大斷面可供借用斷面。大斷面的面積分為水上、水下兩局部。水上局部面積承受水準(zhǔn)儀測量的方法進(jìn)展;水下局部面積測量稱水道斷面測量。由于測水深工作困難,水上地形測量較易,所以大斷面測量多在枯水季節(jié)施測,汛前或汛后復(fù)測一次。但對斷面變化顯著的測站,大斷面測量一般每年除汛前或汛后施測一次外,在每次大洪水之后應(yīng)準(zhǔn)時(shí)施測過水?dāng)嗝娴拿娣e。(三)流速測量圖3-3為旋杯式流速儀3一電鈴計(jì)數(shù)器;4一尾翼；5一鋼絲繩,6一繩鉤；7一懸桿；8一鉛魚圖3-4旋槳式流速儀依據(jù)測速方法的不同,流速儀法測流可分為積點(diǎn)法、積深法和積寬法。最常用的積點(diǎn)法測速是指在斷面的各條垂線上將流速儀放至不同的度的要求、水深、懸吊流速儀的方式、節(jié)約人力和時(shí)間等狀況而定。國外20不得超過10%總流量。表3-1是美國在127條不同河流上的測站,每站斷面上布設(shè)100條以上的測速垂線,對不同測速垂線數(shù)目所推求的流量,進(jìn)展流量誤差的統(tǒng)計(jì)分析。表31 各種測速垂線數(shù)對流量的標(biāo)準(zhǔn)差測速垂線數(shù)8-1112-116-221-226-331-310450505標(biāo)準(zhǔn)差4.24.12.12.01.61.60表3-1說明:測速垂線數(shù)愈多,流量的誤差愈小。暢流期用精測法測流時(shí),如承受懸桿懸吊，當(dāng)水深大于1.0m可用五點(diǎn)法測0.00.20.6、0.8和1.o處施測。為了消退流速的脈動影響,各測點(diǎn)的測速歷時(shí),可在60~100秒之間選用。但當(dāng)受測流所需總時(shí)間的限制時(shí),則可選用少線少點(diǎn)、30秒的測流方案。(四)流量計(jì)算流量的計(jì)算方法有圖解法、流速等值線法和分析法。前兩種方法在理論上比較嚴(yán)格,但比較繁瑣,這里主要介紹常用的分析法。具體步驟及內(nèi)容3-5)：垂線平均流速的計(jì)算視垂線上布置的測點(diǎn)狀況,分別按以下公式進(jìn)展計(jì)算:一點(diǎn)法 Vm=Vo.6二點(diǎn)法 Vm=0.5*(V0.2+V0.8)三點(diǎn)法 Vm=(V0.2+V0.8+V0.6)五點(diǎn)法 Vm=0.1*(V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0)(3-7)式中，Vm為垂線平均流速V0.0、V0.2、V0.6、V0.8、V1.0均為與腳標(biāo)數(shù)值相應(yīng)的相對水深處的測點(diǎn)流速。局部平均流速的計(jì)算岸邊局部:由距岸第一條測速垂線所構(gòu)成的岸邊局部(兩個(gè),左岸和右岸,多為三角形,按以下公式計(jì)算:vl=αVml (3-8)vn+1=αVmn (3-9)式中，α稱岸邊流速系數(shù),其值視岸邊狀況而定。斜坡岸邊α=0.67~0.75,一般取0.70,陡岸α=0.80~0.90,死水邊α=0.60。中間局部:由相鄰兩條測速垂線與河底及水面所組成的局部,局部平均流速為相鄰兩垂線平均流速的平均值，按下式計(jì)算：Vi=0.5*(Vmi-1+Vmi) (3-6)局部面積的計(jì)算由于斷面上布設(shè)的測深垂線數(shù)目比測速垂線的數(shù)目多,故首先計(jì)算測形,按三角形面積公式計(jì)算(左右岸各一個(gè)〕;其余相鄰兩條測深垂線間的斷深垂線間的斷面積相加得出各個(gè)局部的局部面積。假設(shè)兩條測速垂線(同時(shí)也是測深垂線)間無另外的測深垂線,則該局部面積就是這兩條測深(同時(shí)是測速垂線〕間的面積。局部流量的計(jì)算由各局部的局部平均流速與局部面積之積得到局部流量,即qi=ViAi 〔3-11〕式中,qi、vi、Ai分別為第i個(gè)局部的流量、平均流速和斷面積。5斷面流量及其他水力要素的計(jì)算斷面流量 Qnq (3-12)i1 i斷面平均流速vQ/A 斷面平均水深A(yù)/B 〕在一次測流過程中，與該次實(shí)測流量值相等的、某一瞬時(shí)流量所對應(yīng)的水位稱相應(yīng)水位。依據(jù)測流時(shí)水位漲落不同狀況可分別承受平均或加權(quán)平均計(jì)算。第六節(jié) 水文調(diào)查與水文遙感目前收集水文資料的主要途徑是定位觀測間的限制,收集的資料往往不能滿足生產(chǎn)需要,因此必需通過水文調(diào)查來補(bǔ)充定位觀測的缺乏,使水文資料更加系統(tǒng)完整,更好滿足水資源開發(fā)利用、水利水電建設(shè)及其他國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要。水文調(diào)查的內(nèi)容分為四大類:流域調(diào)查、水量調(diào)查、洪水與暴雨調(diào)查、其他專項(xiàng)調(diào)查。本節(jié)主要介紹洪水與暴雨調(diào)查。一、洪水的調(diào)查洪水調(diào)查中，對歷史上大洪水的調(diào)查,有打算組織調(diào)查;當(dāng)年特大洪水,應(yīng)準(zhǔn)時(shí)組織調(diào)查;對等災(zāi)難性洪水,力爭在狀況發(fā)生時(shí)或狀況發(fā)生后較短時(shí)間內(nèi),進(jìn)展有關(guān)調(diào)查。洪水調(diào)查工作包括高程、了解調(diào)查河段的河槽狀況;了解流域自然地理狀況;測量調(diào)查河段的縱橫斷面;必要時(shí)應(yīng)在調(diào)查河段進(jìn)展簡易地形測量;對調(diào)查成果進(jìn)展分析,推算洪水總量、洪峰流量、洪水過程及重現(xiàn)期，最終寫出調(diào)查報(bào)告。計(jì)算洪峰流量時(shí):假設(shè)調(diào)查的洪痕靠近某一水文站,可先求水文站根本水尺斷面處的洪水位高程,通過延長該站的水位流量關(guān)系曲線,推求洪峰流量。在調(diào)查的河段無水文站狀況下,洪水調(diào)查的洪峰流量,可承受以下公式估算。(一)用比降法計(jì)算洪峰流量(1)勻直河段洪峰流量計(jì)算:Q=KS1/2AS1/2R2/3/nAV(曼寧公式)(3-31)

m:.〔Sf=n2Q2/A2R4/3 Q=AR2/3S1/2/n=KS1/2〕式中 Q一一洪峰流量,m3/s;mS一一水面比降〔測壓管坡度〕，%OSf為摩阻比降，%O;恒定均勻〔穩(wěn)定流〕流：水面比降S=河底坡S0=能坡SfK一一河段平均輸水率m/s，K=AR2/3/n,n為糙率，A為河段平均斷面積，m2，R為河段平均水力半徑，m。(2)非勻直河段洪峰流量計(jì)算:eQ =KS1/2 (3-32)emv2 2vh(上v)hs f

2g 2g

(3-33)e L L〔勢能差和動能差〔流速水頭〕，單位長度上的能量損失。對堰流公式H0=H+v2/2g是考慮行近流速v的堰頂水頭〕式中Se-一能面比降;hf-一兩斷面間的摩阻損失,h為上、下兩斷面的水面落差,m;V上、V下分別為上下兩斷面的平均流速,m/s;L一一兩斷面間距,m?！?〕假設(shè)考慮集中及彎曲損失時(shí)洪峰流量推算:hh1)v上v下〕2g 2gL22m

〔3-34〕式中 α一一集中、彎曲損失系數(shù),一般取05。n確定,可依據(jù)實(shí)測成果繪水位糙率曲線備查,或查糙率表,或參考四周水文站的糙率資料;過水?dāng)嗝娣殖蒒份，濕周P1，P2，P3…PN；糙率N1，N2，N3…NN；面積A1，A2，A3…AN；流速U1，U2，U3…UN；有f S f fU=S1/2(A/P)2/3/n= 1/2(A/P)2/3/n=… f S f f1 1 1 N N N= ( n (A/P)2/3/ (A/P)2/3/n)=(A/P)2/3/ (A/P)2/3/n= ( 1 1 1 i i iN n=(A/P2//i1n=(

N ((A/P)2/3/n)i i ii1Pn3/2/p)2/3i i3=Ni1

i

i1對復(fù)式斷面,可分別計(jì)算主槽和灘地的流量再取其和。(二)用水面曲線推算洪峰流量面曲線比較曲折時(shí),不宜用比降法計(jì)算,可用水面曲線法推求洪峰流量。水面曲線法的工作原理是:假定一流量Q,由所估定的各段河道糙率n,自下游一的洪水水面點(diǎn)起,向上游逐段推算水面線,然后檢查該水面線與各洪痕的符合程度。如大局部符合,說明所假定流量正確;否則,重修定Q值,再推算水面線直至大局部洪痕符合為止。．設(shè)計(jì)水面線的分析計(jì)算承受水位沿程變化的關(guān)系式：dz()d(v2)Q2

〔3-35〕ds ds 2g K2=流速水頭和局部水頭損失的沿程變化+水力坡度特征流量為k2=C2A2RC2h3b2將(3-35)微分方程改寫成差分形式再移項(xiàng)可得(3-36)式:z () Q2v 2gA2v22 k2v

z ()d

Q22gA2dsQ22 k2d

〔3-36〕zv、zd---上下游斷面水位；α---動能修正系數(shù)；α=1.15ξ---局部阻力系數(shù)；漸漸集中段可取ξ=-0.33—0.55急劇集中段可取ξ=-0.5—1.0Q---流量；A---過水面積；g---重力加速度；K---流量模數(shù)；Δs 上下游斷面間距。二、暴雨調(diào)查以降雨為洪水成因的地區(qū),洪水的大小與暴雨大小親熱相關(guān),暴雨調(diào)查資料對洪水調(diào)查成果起旁證作用。洪水過程線的繪制、洪水的地區(qū)組成,也需要組合面上暴雨資料進(jìn)展分析。過程及前期雨量狀況、暴雨走向及當(dāng)時(shí)主要風(fēng)向風(fēng)力變化等。對歷史暴雨的調(diào)查,一般通過群眾對當(dāng)時(shí)雨勢的回憶或與近期發(fā)生的某次大暴雨比照,得出定性概念;也可通過群眾對當(dāng)時(shí)地面坑塘積水、露天水缸或其他器皿承接雨量作定量估量,并對一些雨量記錄進(jìn)展復(fù)核,對降雨的時(shí)、空分布作出估量。三、水文遙感遙感技術(shù),特別是航天遙感的進(jìn)展,使人們能從宇宙空間的高度上,大范圍、快速、周期性的探測地球上各種現(xiàn)象及其變化。遙感技術(shù)在水文科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用稱為水文遙感。水文遙感具有以下特點(diǎn):如動態(tài)遙感,從定性描述進(jìn)展到定量分析,遙感遙測遙控的綜合應(yīng)用,遙感與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合。近20多年來,遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并已成為收集水文信息的一種重要手段,尤其在水資源水文調(diào)查的應(yīng)用,更為顯著。概括起來,列舉如下幾方面。蓋類型、河長、河網(wǎng)密度、河流彎曲度等。水資源調(diào)查:使用不同波段、不同類型的遙感資料,簡潔判讀各類地表水,如河流、湖泊、水庫、沼澤、冰川、凍土和積雪的分布;還可分析飽和土壤面積、含水層分布以估算地下水儲量。水質(zhì)監(jiān)測:遙感資料進(jìn)展水質(zhì)監(jiān)測可包括分析識別熱水污染、油污染、工業(yè)廢水及生活污水污染、農(nóng)藥化肥污染以及懸移質(zhì)泥沙、藻類生殖等狀況。洪澇災(zāi)難的監(jiān)測:包括洪水漂浮范圍確實(shí)定,決口、滯洪、積澇的狀況,泥石流及滑波的狀況。河口、湖泊、水庫的泥沙淤積及河床演化,古河道的變遷等。降水量的測定及水情預(yù)報(bào):通過氣象衛(wèi)星傳播器獵取的高溫順濕度間接推求降水量或依據(jù)衛(wèi)片的灰度定量估算降水量;依據(jù)衛(wèi)星云圖與天氣圖協(xié)作預(yù)報(bào)洪水及旱情監(jiān)測。此外,還可利用遙感資料分析處理測定某些水文要素如水深沙量等。利用衛(wèi)星傳輸?shù)孛孀詣舆b測水文站資料,具有投資低,維護(hù)量少,使用便利的優(yōu)點(diǎn),且在惡劣天氣下安全牢靠,不易中斷。對大面積人煙稀有地區(qū)更加適合。第七節(jié) 水文數(shù)據(jù)處理各種水文測站測得的原始數(shù)據(jù),都要按科學(xué)的方法和統(tǒng)一的格式整理、分析、統(tǒng)計(jì)、提煉成為系統(tǒng)、完整,有肯定精度的水文資料,供水文水資源計(jì)算、科學(xué)和有關(guān)國民經(jīng)濟(jì)部門應(yīng)用。這個(gè)水文數(shù)據(jù)的加工、處理過程,稱為水文數(shù)據(jù)處理。水文數(shù)據(jù)處理的工作內(nèi)容包括:收集校核原始數(shù)據(jù);編制實(shí)測成果表；確定關(guān)系曲線,推求逐時(shí)、逐日值;編制逐日表及洪水水文要素摘錄表;合理性檢查;編制處理說明書。水位數(shù)據(jù)處理較簡潔,在其次節(jié)已述,本節(jié)主要介紹流量資料整編,簡要介紹泥沙數(shù)據(jù)處理。對上述處理工作內(nèi)容,重點(diǎn)介紹關(guān)系曲線確實(shí)定及逐時(shí)、逐日值的推求。一、水位流量關(guān)系曲線確實(shí)定(一)穩(wěn)定的水位流量關(guān)系曲線穩(wěn)定的水位流量關(guān)系,是指在肯定條件下水位和流量之間呈單值函數(shù)的水位流量關(guān)系點(diǎn)據(jù)密集,分布成一帶狀,75%以上的中高水流速儀測流點(diǎn)據(jù)與平均關(guān)系線的偏離不超過土5%,75%的低水點(diǎn)或浮標(biāo)測流點(diǎn)據(jù)偏離不超過土8%(流量很小時(shí)可適當(dāng)放寬),且關(guān)系點(diǎn)沒有明顯的系統(tǒng)偏離,這時(shí)即可通過點(diǎn)群中心定一條單一線(供推流)。點(diǎn)圖時(shí)在同一張圖紙上依次點(diǎn)繪乘積,校核水位流量關(guān)系曲線中的流量,使誤差掌握在士2%~土3條曲線比例尺的選擇,應(yīng)使它們與橫軸的夾角分別近似為45o、60o、60o,且互不相交(圖3-10)。所定的單一水位流量關(guān)系還要進(jìn)展符號檢驗(yàn)、適線檢驗(yàn)、偏離數(shù)值檢驗(yàn),進(jìn)展檢驗(yàn)均通過才能用此單一曲線推流。此外,兩條曲線(或兩列數(shù)組)需要合并定線時(shí),還要進(jìn)展t檢驗(yàn)。(二)不穩(wěn)定的水位流量關(guān)系是指測驗(yàn)河段受斷面沖淤、洪水漲落、變動回水或其他因素的個(gè)別或綜合影響,使水位與流量間的關(guān)系不呈單值函數(shù)關(guān)系，見圖3-11~圖3-13。表3-6給出了各種整編方法及其適用狀況。這些方法歸納起來分為兩種類型：一種是水力因素型,這一類型的方法均可表示為Q=f(b,x)的形式,x為某一水力因素。其方法的原理都來自于水力學(xué)的推導(dǎo),故理論性強(qiáng),所要求的測點(diǎn)少,且適于計(jì)算機(jī)作單值化處理。另一類型稱時(shí)序型,表示為Q=f(Z,t)，t為時(shí)間。時(shí)序型的方法其原理是以水流的連續(xù)性為根底,因而要求測點(diǎn)多且準(zhǔn)確,能掌握流量的變化轉(zhuǎn)折。方法適用范圍較廣,但有時(shí)間性。照水位過程線起伏變動的情定線。受洪水漲落影響的水位流量關(guān)系線用連時(shí)序法定線往往成逆時(shí)針繩的低谷點(diǎn)相切。受斷面沖淤或結(jié)冰影響時(shí),還應(yīng)當(dāng)滿足時(shí)序型的要求條件時(shí),連時(shí)序法是按實(shí)測流量點(diǎn)子的時(shí)間挨次來連接水位流量關(guān)系曲線,故應(yīng)用范圍較廣。連線時(shí),應(yīng)參考用連時(shí)序法繪出的水位面積關(guān)系變化趨勢,幫助繪制水位流量關(guān)系曲線(圖3-14)。二、水位流量關(guān)系曲線的延長測站測流時(shí),由于施測條件限制或其他種種緣由,致使最高水位或最低位流量關(guān)系的延長。高水延長的結(jié)果,對洪水期流量過程的主要局部,包括洪峰流量在內(nèi),有重大的影響。低水流量雖小,但如延長不當(dāng),相對誤差可能較大且影響歷時(shí)較長。因此延長均需慎重。高水局部的延長幅度一般不應(yīng)超過當(dāng)年實(shí)測流量所占水位變幅的30%,低水局部延長的幅度一般不應(yīng)超過10%。對穩(wěn)定的水位流量關(guān)系進(jìn)展凹凸水延長常用的方法有以下幾種?！惨弧乘幻娣e與水位流速關(guān)系高水延長適用于河床穩(wěn)定,水位面積、水位流速關(guān)系點(diǎn)集中,曲線趨勢明顯的測站。其中,高水時(shí)的水位面積關(guān)系曲線可以依據(jù)實(shí)測大斷面資料確定,高水時(shí)水位流速關(guān)系曲線常趨近于常數(shù),可按趨勢延長?？墒?某一高水位下的流量,便可由該水位的斷面面積和流速的乘積來確定。這樣,可延長水位流量關(guān)系曲線,見圖3-15。(二)用水力學(xué)公式高水延長此法可避開水位面積與水位流速關(guān)系高水延長中水位流速順趨勢延長的任意性,用水力學(xué)公式計(jì)算出外延局部的流速值來關(guān)心定線。依據(jù)曼寧公式1v R2/3S1/2n

〔3-35〕延長時(shí),用上式計(jì)算流速,用實(shí)測大斷面資料延長水位面積關(guān)系曲線,從而到達(dá)延長水位流量關(guān)系的目的。計(jì)算流速時(shí),因水力半徑R可用大斷面資料求得,故關(guān)鍵在于確定水面長;當(dāng)二者缺一時(shí),通過點(diǎn)繪Z~n(或Z~S)關(guān)系曲線并延長之,再算出v來;如1n

R2/31n

資料的流量、面積、水力半徑計(jì)算出1n

R2/3,點(diǎn)繪Z~1n

R2/3曲線,因高水局部1R2/3接近于常數(shù),故可按趨勢延長,見圖3-16。n由謝才流速公式導(dǎo)出流量為RSQ CARS

(3-36)式中C一一謝才系數(shù);其余符號同前。h代替R,則式(3-36)可改寫為:RSQCARS

KA1/2S式中，KC ,高水時(shí)其值接近常數(shù)。故高水Q~Ah1/2呈線性關(guān)系,據(jù)此S外延。由大斷面資料計(jì)A1/2并點(diǎn)繪不同高水ZA 1/2曲線上得A 1/2值并以A 1/2曲線上查得值依據(jù)對應(yīng)點(diǎn)據(jù)便可3-17。(三)水位流量關(guān)系曲線的低水延長法”低水延長一般是以斷流水位作掌握進(jìn)展水位流量關(guān)系曲線向斷流水位方向所作的延長。斷流水位是指流量為零時(shí)的相應(yīng)水位。假定關(guān)系曲線的低水局部用以下的方程式來表示:Q=K(Z-Zo)n 〔3-37)式中Zo--斷流水位;n,K一一分別為固定的指數(shù)和系數(shù)。abc三點(diǎn),它們的水位和流量分別為ZaZbZc及QQbQcQb=QaQc3-21求解得斷流水位為:acZ ZZac

Z2 (3-38)O