演示文稿水文測(cè)驗(yàn)測(cè)站布設(shè)第一講

水文測(cè)驗(yàn)第一章測(cè)站布設(shè)第一講當(dāng)前第1頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

基本水文站按觀測(cè)項(xiàng)目可分為流量站、水位站、泥沙站、雨量站、水面蒸發(fā)站、水質(zhì)站、地下水觀測(cè)井等。其中流量站（通常稱作水文站）均應(yīng)觀測(cè)水位，有的還兼測(cè)泥沙、降水量、水面蒸發(fā)量及水質(zhì)等；水位站也可兼測(cè)降水量、水面蒸發(fā)量。這些兼測(cè)的項(xiàng)目，在站網(wǎng)規(guī)劃和計(jì)算站網(wǎng)密度時(shí)，可按獨(dú)立的水文測(cè)站參加統(tǒng)計(jì)；在站網(wǎng)管理和刊布年鑒和建立數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，則按觀測(cè)項(xiàng)目對(duì)待。當(dāng)前第2頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)二、水文站網(wǎng)及其作用

水文站網(wǎng)是在一定地區(qū)，按一定原則，用適當(dāng)數(shù)量的各類水文測(cè)站構(gòu)成的水文資料收集系統(tǒng)。由基本站組成的站網(wǎng)，稱為基本水文站網(wǎng)。把收集某一項(xiàng)資料的水文測(cè)站，組合在一起，則構(gòu)成該項(xiàng)目的站網(wǎng)。如流量站網(wǎng)，水位站網(wǎng)，泥沙站網(wǎng)，雨量站網(wǎng)，水面蒸發(fā)量站網(wǎng)，水質(zhì)站網(wǎng)，地下水觀測(cè)井網(wǎng)等。通常所稱的水文站網(wǎng)，就是這些單項(xiàng)觀測(cè)站網(wǎng)的總稱，有時(shí)也簡(jiǎn)稱為“站網(wǎng)”。以滿足水資源評(píng)價(jià)和開發(fā)利用的最低要求，由起碼數(shù)量的水文測(cè)站組成的水文站網(wǎng)，是容許最稀站網(wǎng)。首先應(yīng)建成容許最稀站網(wǎng)，然后，根據(jù)需要與可能，逐步發(fā)展并優(yōu)化站網(wǎng)。力求在適應(yīng)于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平的投入條件下，使站網(wǎng)的整體功能最強(qiáng)。水文站網(wǎng)密度，可以用“現(xiàn)實(shí)密度”與“可用密度”這兩種指標(biāo)來衡量。前者是指單位面積上正在運(yùn)行的站數(shù)，后者則包括雖停止觀測(cè)，但已取得有代表性的資料或可以延長(zhǎng)系列的站數(shù)。站網(wǎng)密度通常是指現(xiàn)實(shí)密度。

當(dāng)前第3頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)三、水文站網(wǎng)的規(guī)劃與調(diào)整水文站網(wǎng)規(guī)劃是制定一個(gè)地區(qū)（流域）水文測(cè)站總體布局而進(jìn)行的各項(xiàng)工作的總稱。其基本內(nèi)容有：進(jìn)行水文分區(qū)，確定站網(wǎng)密度，選定布站位置，擬定設(shè)站年限，各類站網(wǎng)的協(xié)調(diào)配套，編制經(jīng)費(fèi)預(yù)算，制定實(shí)施計(jì)劃。水文站網(wǎng)規(guī)劃的主要原則是根據(jù)需要和可能，著眼于依靠站網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，發(fā)揮站網(wǎng)的整體功能。提高站網(wǎng)產(chǎn)出的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。制定水文站網(wǎng)規(guī)劃或調(diào)整方案應(yīng)根據(jù)具體情況，采用不同的方法，相互比較和綜合論證；同時(shí)，要保持水文站網(wǎng)的相對(duì)穩(wěn)定。水文站網(wǎng)的調(diào)整，是水文站網(wǎng)管理工作的主要內(nèi)容之一。水文站網(wǎng)的管理部門，應(yīng)當(dāng)在使用水文資料解決生產(chǎn)、科研問題的實(shí)踐中，在經(jīng)濟(jì)水平、科學(xué)技術(shù)、測(cè)驗(yàn)手段日益提高和對(duì)水文規(guī)律不斷加深認(rèn)識(shí)的過程中，定期地或適時(shí)地分析檢驗(yàn)站網(wǎng)存在的問題，進(jìn)行站網(wǎng)調(diào)整。分析檢驗(yàn)站網(wǎng)存在的問題主要有：測(cè)站位置是否合適，測(cè)站河段是否滿足要求，水賬是否能算清，測(cè)站間配套是否齊全等。

當(dāng)前第4頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)四、基本水文站網(wǎng)的布設(shè)原則基本水文站網(wǎng)中，流量站網(wǎng)是最主要的站網(wǎng)，因此重點(diǎn)介紹流量站網(wǎng)，并簡(jiǎn)要介紹水位站網(wǎng)和泥沙站網(wǎng)。

（一）基本流量站網(wǎng)的布設(shè)原則由于河流有大小、干支流的區(qū)分，因此流量站網(wǎng)的布設(shè)原則也不相同。

控制面積為3000km2以上的大河干流流量站，稱為大河控制站。

干旱區(qū)在500km2以下，濕潤(rùn)區(qū)在300km2以下的河流上設(shè)立的流量站，稱為小河站。其余天然河流上設(shè)立的流量站，稱為區(qū)域代表站。當(dāng)前第5頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

大河控制站的主要任務(wù)，是為江河治理，防汛抗旱，制定大規(guī)模水資源開發(fā)規(guī)劃以及重大工程的興建，系統(tǒng)地收集資料。在整個(gè)站網(wǎng)布局中，居首要地位。大河控制站按線的原則布設(shè)。

小河站主要任務(wù)是為研究暴雨洪水、產(chǎn)流、匯流，產(chǎn)沙、輸沙的規(guī)律，而收集資料。在大中河流水文站之間的空白地區(qū)，往往也需要小河站來補(bǔ)充，滿足地理內(nèi)插和資料移用的需要。因此，小河站是整個(gè)水文站網(wǎng)中不可缺少的組成部分。小河站按分類原則布設(shè)。

區(qū)域代表站的主要作用，是控制流量特征值的空間分布，探索徑流資料的移用技術(shù)，解決任何水文分區(qū)內(nèi)任一地點(diǎn)流量特征值，或流量過程資料的內(nèi)插與計(jì)算問題。區(qū)域代表站，按照區(qū)域原則布設(shè)。當(dāng)前第6頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)1．線的原則在干流沿線，布站間距不宜過小，布站數(shù)量不宜過多，任何兩個(gè)相鄰測(cè)站之間流量特征值的變化，不應(yīng)小于一定的遞變率。否則這種變化和測(cè)驗(yàn)誤差，將很難區(qū)分。由此可以確定布站數(shù)量的下限。同時(shí)布站間距也不能過大，布站數(shù)量不能過少，否則將難以保證按5%～10%的精度標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)插干流沿線任一地點(diǎn)的流量特征值。由此，又可以確定布站數(shù)量的上限。當(dāng)估計(jì)出布站數(shù)量的上限和下限之后，還應(yīng)綜合考慮重要城鎮(zhèn)、重要經(jīng)濟(jì)區(qū)防洪的需要，大支流的入?yún)R，大型湖泊、水庫(kù)的調(diào)蓄作用以及測(cè)驗(yàn)通訊和交通、生活條件等因素，選定布站位置。把上述原則匯集在一起，稱為線的原則。當(dāng)前第7頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)2．區(qū)域原則在任一水文分區(qū)之內(nèi)，沿徑流深等值線的梯度方向，布站不宜過密，也不宜過稀。決定站網(wǎng)密度下限的年徑流特征值內(nèi)插允許相對(duì)誤差采用±5~±10%。決定密度上限的年徑流特征值遞變率采用10%~15%。對(duì)于分析計(jì)算較困難的地區(qū)，在水文分區(qū)內(nèi)，可按流域面積進(jìn)行分級(jí)，一般情況下，分為4~7級(jí)，每級(jí)設(shè)1~2個(gè)代表站。選擇布設(shè)代表站的河流和河段，應(yīng)符合以下要求：

①有較好的代表性和測(cè)驗(yàn)條件；②能控制徑流等值線明顯的轉(zhuǎn)折與走向，盡量不遺漏等值線的高、低中心；③控制面積內(nèi)的水利工程措施少；④無過大的空白地區(qū)；⑤綜合考慮防汛，水利工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理運(yùn)用等需要；⑥盡量照顧交通和生活條件。

當(dāng)前第8頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)3．分類原則布設(shè)小河站，應(yīng)在水文分區(qū)的基礎(chǔ)上，參照植被、土壤、地質(zhì)及河床組成等下墊面的性質(zhì)進(jìn)行分類，再按面積分級(jí)，并適當(dāng)考慮流域形狀、坡度等因素。選擇河流布設(shè)測(cè)站。小河站址的選擇應(yīng)符合下列要求：①代表性和測(cè)驗(yàn)條件較好。②水利工程影響小。③面上分布均勻。④按面積分級(jí)布站時(shí)，要兼顧到坡降和地勢(shì)高程的代表性。⑤盡量照顧交通和生活條件。當(dāng)前第9頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)（二）基本水位站網(wǎng)的布設(shè)原則在水文測(cè)驗(yàn)中，水位往往是用于推求流量的工具，絕大多數(shù)流量站都有水位觀測(cè)。因此，流量站網(wǎng)的基本水尺，是水位站網(wǎng)的組成部分。在大河干流、水庫(kù)湖泊上布設(shè)水位站網(wǎng)，主要用以控制水位的轉(zhuǎn)折變化。滿足內(nèi)插精度要求、相鄰站之間的水位落差不被觀測(cè)誤差所淹沒為原則，確定布站數(shù)目的上限和下限。其設(shè)站位置，可按下述原則選擇：①滿足防汛抗旱、分洪滯洪、引水排水、水利工程或交通運(yùn)輸工程的管理運(yùn)用等需要。②滿足江河沿線任何地點(diǎn)推算水位的需要。③盡量與流量站的基本水尺相結(jié)合。當(dāng)前第10頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)（三）基本泥沙站網(wǎng)布設(shè)原則在泥沙站網(wǎng)上進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，是為流域規(guī)劃、水庫(kù)閘壩設(shè)計(jì)、防洪與河道整治、灌溉放淤、城市供水、水利工程的管理運(yùn)用、水土保持效益的估計(jì)、探索泥沙對(duì)污染物的解吸與遷移作用以及有關(guān)的科學(xué)研究，提供基本資料。泥沙站也分為大河控制站，區(qū)域代表站和小河站。大河控制站以控制多年平均輸沙量的沿程變化為主要目標(biāo)，按直線原則確定布站數(shù)量，并選擇相應(yīng)的流量站觀測(cè)泥沙。區(qū)域代表站和小河站，以控制輸沙模數(shù)的空間分布，按一定精度標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)插任一地點(diǎn)的輸沙模數(shù)為主要目標(biāo)，采用與流量站網(wǎng)布設(shè)相類似的區(qū)域原則，確定布站數(shù)量；并考慮河流代表性，面上分布均勻，不遺漏輸沙模數(shù)的高值區(qū)和低值區(qū)，選擇相應(yīng)的流量站，觀測(cè)泥沙。當(dāng)前第11頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)五、測(cè)驗(yàn)河段的選擇原則

對(duì)水文觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)和觀測(cè)成果，具有顯著影響控制作用的河段，稱為測(cè)驗(yàn)河段。選擇測(cè)驗(yàn)河段，應(yīng)遵循以下原則：

1．首先要滿足設(shè)站目的根據(jù)這一原則，可確定測(cè)驗(yàn)河段大致范圍。例如黃河下游伊洛河沁河匯入后，必須及時(shí)掌握大洪峰流量的確切數(shù)值，才能對(duì)下游，作出重大決策。因此，該河段水流條件不論如何，都必須設(shè)站觀測(cè)。

2．能保證各級(jí)洪水安全操作與測(cè)驗(yàn)精度;有利于建立盡可能穩(wěn)定、簡(jiǎn)單的水位流量關(guān)系。這一原則，對(duì)于取得可靠的觀測(cè)資料，簡(jiǎn)化內(nèi)業(yè)整理工作，節(jié)約人力物力，具有重要作用。3．在滿足上述要求的前提下，盡可能照顧生活、交通、通訊上的方便。當(dāng)前第12頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)六、測(cè)站控制天然河道中水文現(xiàn)象十分復(fù)雜的，水位流量的關(guān)系在許多情況下是不穩(wěn)定的。這是因?yàn)榱髁坎粌H隨水位的變化而變化，它還受比降、河床糙率、水力因素的影響。而同一水位下，這些水力因素往往又是在變化的。因此，表現(xiàn)出水位流量關(guān)系的復(fù)雜性。但我們?cè)谔烊缓拥乐羞€能夠找到一些河段，其水力因素在同一水位下保持不變或雖有變化但可以相互補(bǔ)償，隨水位的變化而變化，從而保持單一性。

假如在測(cè)站附近（通常在其下游）有一個(gè)斷面或一段河槽，其水力特性能夠使得測(cè)站的水位流量關(guān)系保持單一關(guān)系，則這個(gè)斷面或河段便稱為測(cè)站控制。如測(cè)站控制作用發(fā)生在一個(gè)橫斷面上，則稱為斷面控制。如測(cè)站控制作用靠一段河槽的底坡、糙率、斷面形狀等因素的共同作用來實(shí)現(xiàn)，稱為河槽控制。

那我們選擇測(cè)站最佳的位置在哪？

設(shè)在形成測(cè)站控制的地點(diǎn)或其上游附近。當(dāng)前第13頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

天然河道中一些河段為什么會(huì)形成測(cè)站控制呢？下面我們從水力學(xué)原理加以分析。

1．?dāng)嗝婵刂?/p>

天然河道中，如有突起的石梁、急灘、卡口、人工堰壩等。當(dāng)水流通過該處時(shí)，將使水面曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，形成臨界流，出現(xiàn)臨界水深，構(gòu)成斷面控制。

以石梁為例，當(dāng)水流行近石梁處，水流被石梁抬升，過水?dāng)囡@著縮小，石梁上游形成壅水。當(dāng)水流通過石梁后，斷面擴(kuò)大，水流跌落。所以石梁處水面線由壅水曲線變?yōu)榈€。由水力學(xué)知，在此產(chǎn)生臨界流，出現(xiàn)臨界流深dk，此時(shí)弗勞德數(shù)Fr等于1，即

當(dāng)前第14頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)式中

Q———斷面流量，m3/s；

A——斷面面積，m2；

B——水面寬，m；

G——重力加速度，m/s2；

а——?jiǎng)幽苄Ｕ禂?shù)。

注意：弗勞德數(shù)在水利學(xué)中是一個(gè)極為重要的判別數(shù)，它是斷面平均流速和相對(duì)波速的比值。

若а=1變換上式，則寫為：

由上式可以看出，F(xiàn)r反映了過水?dāng)嗝嫔蠁挝恢亓康囊后w所具有的平均動(dòng)能v2/2g和平均勢(shì)能之比。

當(dāng)h=2v2/2g時(shí)，水流的平均動(dòng)能等于平均勢(shì)能，水流為臨界流；當(dāng)h>2v2/2g時(shí)，水流為緩流；當(dāng)h<2v2/2g時(shí)，水流為急流。它也代表了慣性力和重力相對(duì)大小的比值。當(dāng)前第15頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

式中:

dk——臨界水深，等于。

A和dk

是水位Z和斷面因素Ω的函數(shù)，即

Ω=f(Z,Ω)

在斷面穩(wěn)定，無沖淤變化的情況下，斷面因素Ω是水位的函數(shù)，即

Ω=φ(Z)

則Q=f(Z)

上式表明，在石梁處，流量?jī)H是水位的函數(shù)。因此，水位流量關(guān)系呈單一關(guān)系。

但必須指出，由于石梁、急灘等都是靠河槽特殊地形產(chǎn)生臨界流來維持水位流量關(guān)系為單一關(guān)系。一但產(chǎn)生臨界流條件消失，則它們的控制作用也隨之消失。所以低水時(shí)有的控制作用，高水時(shí)則不然?？?、彎道及堰壩等在高水時(shí)，也能造成水面曲線的轉(zhuǎn)折，產(chǎn)生臨界流，從而形成測(cè)站控制作用。

由此可見，選擇水文測(cè)站，最理想的是選在高水、低水都有測(cè)站控制的河段上。當(dāng)前第16頁(yè)\共有20頁(yè)\編于星期五\5點(diǎn)

那么，為什么測(cè)流斷面不設(shè)在斷面控制或其下游，而設(shè)在其上游附近呢？

這是因?yàn)樵跀嗝婵刂铺?，水面縱坡較陡，流速大，測(cè)