1、水文学实验指导水文学实验指导（西华师大地理科学专业）（西华师大地理科学专业）许武成许武成实验实习一降水资料的整理实验实习一降水资料的整理（必做，（必做，3 3学时）学时） 1.掌握绘制降水过程线掌握绘制降水过程线 2.掌握绘制降水累积曲线掌握绘制降水累积曲线 3.理解并掌握面降水计算方法理解并掌握面降水计算方法一、实验实习目的一、实验实习目的二、实验内容二、实验内容 降水过程线：指以时间为横坐标，降水量为纵坐标降水过程线：指以时间为横坐标，降水量为纵坐标绘制成的降水量随时间的变化曲线。可用降水量柱绘制成的降水量随时间的变化曲线。可用降水量柱状图或曲线图表示。根据每日降水量可绘制逐日降状图或曲线
2、图表示。根据每日降水量可绘制逐日降水量过程线，根据每月降水量可绘制逐月降水量过水量过程线，根据每月降水量可绘制逐月降水量过程线，根据历年降水量可绘制逐年降水量过程线。程线，根据历年降水量可绘制逐年降水量过程线。逐日降水量过程线大都不连续，因为在一月内或一逐日降水量过程线大都不连续，因为在一月内或一年中不是每日都有降水。常用逐时降水量过程线年中不是每日都有降水。常用逐时降水量过程线（雨强过程线）反映暴雨过程。（雨强过程线）反映暴雨过程。1. 降水过程线降水过程线2. 降水累积曲线降水累积曲线 以时间为横坐标，纵坐标表示自降水开始到各时刻降水以时间为横坐标，纵坐标表示自降水开始到各时刻降水量的累积
3、值，如图量的累积值，如图1.1所示。所示。 自记雨量计记录纸上的曲线，即是降水量累积曲线。自记雨量计记录纸上的曲线，即是降水量累积曲线。 降水量累积曲线上每个时段的平均坡度是各时段内的平降水量累积曲线上每个时段的平均坡度是各时段内的平均降水强度，即均降水强度，即 i=P/t （1-1） 如果所取时段很短，即如果所取时段很短，即t0，则可得出瞬时雨强，则可得出瞬时雨强i，即，即i=dP/dt。即累积曲线上任一点的斜率就是该时刻的降水。即累积曲线上任一点的斜率就是该时刻的降水强度。强度。 如果将相邻雨量站的同一次降水的累积曲线绘在一起，如果将相邻雨量站的同一次降水的累积曲线绘在一起，可用来分析降水
4、的空间分布与时程的变化特征。可用来分析降水的空间分布与时程的变化特征。图1.1降水量累积曲线3. 面降水的计算面降水的计算u对于一个固定区域内的平均降水量，常采用算术平均法、泰对于一个固定区域内的平均降水量，常采用算术平均法、泰森多边形法（垂直平分法）、等雨量线法和客观运行法（距森多边形法（垂直平分法）、等雨量线法和客观运行法（距离平方倒数法）进行计算，其主要计算方法和步骤如下。离平方倒数法）进行计算，其主要计算方法和步骤如下。（1）算术平均法多用于地势起伏不大，雨量站分布稠密且分布均匀的地区，多用于地势起伏不大，雨量站分布稠密且分布均匀的地区，即每个雨量站控制代表相同面积区域的降水量，计算公
5、式如即每个雨量站控制代表相同面积区域的降水量，计算公式如图图1.2所示，所示，P为一个区域的平均降水量，为一个区域的平均降水量，P1Pn为各个雨量为各个雨量站降水量，站降水量，n为雨量站数量。为雨量站数量。图图1.2算术平均法算术平均法（2）泰森多边形法）泰森多边形法如区域内的观测点分布不均匀，采用泰森多边形法计算如区域内的观测点分布不均匀，采用泰森多边形法计算平均降水量较算术平均法更为合理，用不同的雨量站代平均降水量较算术平均法更为合理，用不同的雨量站代表不同面积区域的降水量。操作步骤如下（图表不同面积区域的降水量。操作步骤如下（图1.3）：）：步骤步骤1：连接各相邻雨量站：连接各相邻雨量站
6、步骤步骤2：作垂直平分线：作垂直平分线步骤步骤3：连接各垂直平分线交点：连接各垂直平分线交点步骤步骤4：计算：计算图图1.3泰森多边形法泰森多边形法l步骤步骤1：连接各相邻雨量站：连接各相邻雨量站l步骤步骤2：作垂直平分线：作垂直平分线l步骤步骤3：连接各垂直平分线交点：连接各垂直平分线交点l步骤步骤4：计算：计算ffwiiniiiPwP1（3）等雨量线法）等雨量线法 一般说来是计算区域平均雨量最完善的方一般说来是计算区域平均雨量最完善的方法。优点是考虑了地形变化对降水的影响，法。优点是考虑了地形变化对降水的影响，因此适用于地形变化较大（一般是大流因此适用于地形变化较大（一般是大流域）、流域内
7、又有足够数量的降水观测站。域）、流域内又有足够数量的降水观测站。图图1.4等雨量线法等雨量线法计算步骤如下：计算步骤如下：l步骤步骤1：绘制等降雨量线：绘制等降雨量线l步骤步骤2：求出两条等雨量线间：求出两条等雨量线间的面积和平均降雨量的面积和平均降雨量l步骤步骤3：计算：计算niiiPff11P计算公式如图计算公式如图1.4所示，所示，fi为相临等雨为相临等雨量线之间区域的面积，量线之间区域的面积，Pi为相临等雨量为相临等雨量线之间的平均降雨量，线之间的平均降雨量，f为观测区域总面为观测区域总面积。积。三、实习实验完成成果三、实习实验完成成果1. 下表是某流域下表是某流域1953年水文站的降
8、水资料：年水文站的降水资料：月月1 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212月 降月 降水 量水 量（mm）0.10.110.010.07.17.19.59.553.953.974.174.1189.6189.6351.3351.325.325.34.74.719.619.61.51.5完成并回答下列问题：完成并回答下列问题：（1）在同一坐标纸上，绘制该流域全年的月降水量和累积降水量曲线。）在同一坐标纸上，绘制该流域全年的月降水量和累积降水量曲线。（2）在同一坐标纸上，绘制该流域全年的月降水量，计算全年降水量）在同一坐标纸上，绘制该流域全年的月降水量，计算全年
9、降水量.2. 某流域面积某流域面积20.0km2，设有，设有10个雨量站，各站控制面积与一次实测个雨量站，各站控制面积与一次实测降雨过程列入下表中。求：（降雨过程列入下表中。求：（1）本次降雨的流域平均降雨过程和总降）本次降雨的流域平均降雨过程和总降雨量；（雨量；（2）在同一坐标图中，绘制时段平均雨强过程线和累积降雨量）在同一坐标图中，绘制时段平均雨强过程线和累积降雨量过程线。过程线。雨量站雨量站及编号及编号控制面控制面积积 f fi i(km(km2 2) )权重权重w wi i(=f(=fi i/F)/F)时段雨量时段雨量13-1413-14时时14-1514-15时时15-1615-16
10、时时16-1716-17时时P Pi iw wi iP Pi iP Pi iw wi iP Pi iP Pi iw wi iP Pi iP Pi iw wi iP Pi iN1N12.22.23.43.481.181.19.79.71.41.4N 2N 21.791.795 5606011110.70.7N 3N 32.352.357.57.533.533.521.321.30.90.9N 4N 41.681.680.50.521.521.59.79.71.81.8N 5N 51.971.9711.511.546.546.515151.71.7N 6N 61.771.7714.114.165.
11、965.917171.61.6N 7N 72.832.838.58.545.745.79.89.80.20.2N 8N 81.581.581.11.136.836.87.87.80.90.9N 9N 91.331.331.11.128.128.112.712.70.80.8N 10N 102.52.514.514.540.940.99.49.40.70.7全流域全流域 F F2020全流域降水全流域降水 mm mm总雨量总雨量 mm mm实验二实验二 水文测站与站网（水文测站与站网（4学时）学时）n内容提要内容提要 1.水文测站的内容和分类；水文测站的内容和分类； 2.水文站网的定义和布设原则
12、；水文站网的定义和布设原则； 3.水文测站的设立；水文测站的设立； 4.收集水文信息的基本途径。收集水文信息的基本途径。n学习要求学习要求 掌握水文测站和站网的定义、布设原则和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。内容以及水文信息收集的基本途径。一、水文测站一、水文测站在流域内一定地点在流域内一定地点(或断面或断面)按统一标准对按统一标准对所需要的水文要素作系统观测以获取信息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（如图地点称为水文测站（如图2.1）。）。图图2.1 某一水文测站图
13、某一水文测站图水文测站所观测的项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、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、流量则按其主要观测项目而分别称为水位站、流量站站(也称水文站也称水文站)、雨量站、蒸发站等。、雨量站、蒸发站等。根据测站的性质根据测站的性质,河流水文测站又可分为：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）基本站：是水文主管部门为全国各地的水文情况而设立的立的,是为国民
14、经济各方面的需要服务的。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）专用站：是为某种专门目的或用途由各部门自行设立的。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。在时间系列上辅助了专用站。二、水文站网二、水文站网 因为单个测站观测到的水文要素其信息只代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，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
15、为水文站网这些测站在地理上的分布网称为水文站网（如图（如图2.2和和2.3）。广义的站网是指测站及）。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。其管理机构所组成的信息采集与处理体系。图图2.2 丹江口水库流域雨量分布图丹江口水库流域雨量分布图图图2.3 丹江口水库流域水位测站分布图丹江口水库流域水位测站分布图水文站网布站的原则是水文站网布站的原则是：通过所设站网采集：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。水文站网的作用。水文站
16、网规划的任务水文站网规划的任务：就是研究测站在地区：就是研究测站在地区上分布的科学性、合理性、最优化等问题。上分布的科学性、合理性、最优化等问题。三、水文测站的设立三、水文测站的设立水文测站的设立包括选择测验河段和布设观测断面。水文测站的设立包括选择测验河段和布设观测断面。1.测验河段的选择测验河段的选择在站网规划规定的范围内在站网规划规定的范围内, 具体选择测验河段时，主要具体选择测验河段时，主要考虑在满足设站目的要求的前提下，保证工作安全和测验精考虑在满足设站目的要求的前提下，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。度，并有利于简化水文要素的观测和信息的整理
17、分析工作。具体地说，就是测站的水位与流量之间呈良好的稳定关系具体地说，就是测站的水位与流量之间呈良好的稳定关系(单一关系单一关系)。2.观测断面的布设观测断面的布设 水文测站一般应布设基线、水准点和各种水文测站一般应布设基线、水准点和各种断面断面(图图2.4)，即基本水尺断面、流速仪测，即基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、比降断面。流断面、浮标测流断面、比降断面。图图2.4 水文测站基线与断面布设示意图水文测站基线与断面布设示意图(1)基线：通常与测流断面垂直，起点在测流断面线上。其用途基线：通常与测流断面垂直，起点在测流断面线上。其用途是用经纬仪或六分仪测角交会法推求垂线在断面上的
18、位置。基是用经纬仪或六分仪测角交会法推求垂线在断面上的位置。基线的长度视河宽线的长度视河宽B而定而定,一般应为一般应为0.6B。(2)水准点水准点:分为基本水准点和校核水准点，基本水准点是测定分为基本水准点和校核水准点，基本水准点是测定测站上各种高程的基本依据，校核水准点是经常用来校核水尺测站上各种高程的基本依据，校核水准点是经常用来校核水尺零点的高程。零点的高程。(3)基本水尺断面上设立基本水尺，用来进行经常的水位观测。基本水尺断面上设立基本水尺，用来进行经常的水位观测。(4)测流断面应与基本水尺断面重合，且与断面测流断面应与基本水尺断面重合，且与断面平均流向垂直。平均流向垂直。(5)浮标测
19、流断面有上、中、下三个断面，一般浮标测流断面有上、中、下三个断面，一般中断面应与流速仪测流断面重合，上、下断面中断面应与流速仪测流断面重合，上、下断面之间的间距不宜太短，其距离应为断面最大流之间的间距不宜太短，其距离应为断面最大流速的速的5080倍。倍。(6)比降断面设立比降水尺，用来观测河流的水比降断面设立比降水尺，用来观测河流的水面比降和分析河床的糙率。面比降和分析河床的糙率。四、收集水文信息的基本途径四、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：(1)驻测：在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的驻测：在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的观
20、测称驻测。这是我国收集水文信息的最基本方式，但存观测称驻测。这是我国收集水文信息的最基本方式，但存在着用人多、站点不足、效益低等缺点。在着用人多、站点不足、效益低等缺点。(2)巡测：观测人员以巡回流动的方式定期或不定期地对一巡测：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。地区或流域内各观测点进行流量等水文要素的观测。(3)间测间测:中小河流水文站有中小河流水文站有10年以上资料分析证明其历年年以上资料分析证明其历年水位流量关系稳定，或其变化在允许误差范围内，对其中水位流量关系稳定，或其变化在允许误差范围内，对其中一要素一要素(如流量如流量)停测一时
21、期再施测的测停相间的测验方式。停测一时期再施测的测停相间的测验方式。(4)水文调查：为弥补水文基本站网定位观测的不足或其他水文调查：为弥补水文基本站网定位观测的不足或其他特定目的特定目的,采用勘测、调查、考证等手段进行收集水文信息采用勘测、调查、考证等手段进行收集水文信息的工作。的工作。实验实习三实验实习三 水位资料整理水位资料整理（必做，（必做，3学时）学时）1、下表是某日水位观测数据，求日平均水位。、下表是某日水位观测数据，求日平均水位。时时水位水位(m)时时水位水位(m)1 13.213.2113134.914.912 23.143.1414145.045.043 32.962.9615
22、155.415.414 43.023.0216166.106.105 53.213.2117176.036.036 63.343.3418185.975.977 73.563.5619195.815.818 83.893.8920205.645.649 94.154.1521215.325.3210104.374.3722224.914.9111114.464.4623234.684.6812124.784.7824244.374.372、绘制水位流速、水位流量关系曲线，并将高水位延长水位水位断面面积断面面积平均流速平均流速流量流量322.09322.0953.753.70.960.9651.
23、551.5322.36322.3662.962.91.271.278080323.37323.371431431.661.66238238322.69322.6990901.271.27114114324.07324.072242241.771.77397397328.35328.356746742.72.718201820326.48326.484594592.372.3710901090327.7327.75915912.562.5615101510325.23325.233283282.082.08681681325.98325.984174172.142.14892892330.633
24、0.6910910实验四实验四 水位观测与水深测量水位观测与水深测量（4学时）学时）内容提要内容提要1.水位的定义和使用的基面；水位的定义和使用的基面；2.观测水位的设备和方法；观测水位的设备和方法；3.日平均水位的计算；日平均水位的计算；学习要求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。方法。一、水位一、水位水位是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的水位是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以高程，以m计。水位与高程数值一样，要有一个基面作为起计。水位与高程数值一样，要有一个基面作为起点，水文测验中采用
25、的基面有下列点，水文测验中采用的基面有下列4种：种： (1)绝对基面：将某一海滨地点平均海水面的高程定为绝对基面：将某一海滨地点平均海水面的高程定为0.000m，作为水准基面。我国曾沿用过大连、大沽、黄海、，作为水准基面。我国曾沿用过大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面，现在统一规定的基面为青岛废黄河口、吴淞、珠江等基面，现在统一规定的基面为青岛黄海基面。黄海基面。 (2)假定基面：这是在水文测站附近没有国家水准点或假定基面：这是在水文测站附近没有国家水准点或在一时还不具备接测条件的情况下暂时假定的一个水准基面。在一时还不具备接测条件的情况下暂时假定的一个水准基面。 (3)测站基面：某
26、些水文测站专用的一种假定基面，一般选择在河床最低点或测站基面：某些水文测站专用的一种假定基面，一般选择在河床最低点或历年最低水位以下历年最低水位以下0.51.0m处的水平面作为零点来计算水位高度。处的水平面作为零点来计算水位高度。(4)冻结基面：将测站第一次使用的基面冻结下来作为永久固定基面的冻结基面：将测站第一次使用的基面冻结下来作为永久固定基面的种基种基面，也属水文测站专用的另一种假定基面。使用冻结基面可保持测站水位资料的面，也属水文测站专用的另一种假定基面。使用冻结基面可保持测站水位资料的历史连续性。历史连续性。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全河上下游
27、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要查清其基面。基面、水准点、水尺零点和水位的关系如图4.1所示。所示。图图4.1 基面、水准点、水尺零点和水位的关系图基面、水准点、水尺零点和水位的关系图n水位观测的作用：水位观测的作用：(1)直接为水利、水运、防洪、防涝提供具直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独使用价值的资料，如堤防、坝高、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；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
28、文预报中的上、下料，如水资源计算，水文预报中的上、下游水位相关法等。游水位相关法等。二、观测水位的设备和方法二、观测水位的设备和方法（一）观测水位的设备（一）观测水位的设备水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类。水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类。1.水尺水尺图图4.2 直立式水尺分级设置示意图直立式水尺分级设置示意图按水尺的构造形式不同可分为按水尺的构造形式不同可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式式4种。其中应用最广泛的是直立种。其中应用最广泛的是直立式水尺，如图式水尺，如图4.2所示。所示。观测时记录水尺读数，水位按观测时记录水尺读数，水位按下式计算：下
29、式计算：水位水位 = 水尺零点高程水尺零点高程 + 水尺水尺读数读数式中，水尺零点高程是指水尺式中，水尺零点高程是指水尺板上刻度起点的高程，可以预先板上刻度起点的高程，可以预先测量出来。测量出来。2.自记水位计自记水位计图图4.3 各种型号的自记水位计各种型号的自记水位计自记水位计（图自记水位计（图4.3）能将水位变化的连）能将水位变化的连续过程自动记录下来，不遗漏任何突然的变续过程自动记录下来，不遗漏任何突然的变化和转折，有的还能将所观测的数据以数字化和转折，有的还能将所观测的数据以数字或图像的形式远传室内，使水位观测工作趋或图像的形式远传室内，使水位观测工作趋于自动化和远传化。于自动化和远
30、传化。（二）水位的观测（二）水位的观测（南充水位站观测）（南充水位站观测）水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。基本水尺的观测是分段定时观测。当水位变化缓慢基本水尺的观测是分段定时观测。当水位变化缓慢时时(日变幅在日变幅在0.12m以内以内)，每日，每日8时和时和20时各观测一次时各观测一次(称称2段制观测，段制观测，8时是基本时时是基本时)；枯水期日变幅在；枯水期日变幅在0.06m以内，用以内，用1段制观测；日变幅在段制观测；日变幅在0.120.24m时，用时，用4段制观测；有峰谷出现时，还要加测。段制观测；有峰谷出现时，还要加测。比降水尺观测的目的
31、是计算水面比降，分析河床糙比降水尺观测的目的是计算水面比降，分析河床糙率等。其观测时间和次数，视需要而定。率等。其观测时间和次数，视需要而定。三、日平均水位的计算三、日平均水位的计算日平均水位的计算方法有两种日平均水位的计算方法有两种:1.算术平均法算术平均法若一日内水位变化缓慢，或水位变化较大，但若一日内水位变化缓慢，或水位变化较大，但系等时距人工观测或从自记水位计上摘录，可采系等时距人工观测或从自记水位计上摘录，可采用算术平均法计算。用算术平均法计算。2.面积包围法面积包围法若一日内水位变化较大，且系不等时距观测或摘录，则采用面积包围法，即将若一日内水位变化较大，且系不等时距观测或摘录，则
32、采用面积包围法，即将当日当日024小时内水位过程线所包围的面积，除以一日时间求得小时内水位过程线所包围的面积，除以一日时间求得(见图见图4.4)，其计算，其计算公式为：公式为： (4-1)式中式中 Z0，Z1，Zn-各测次观测的水位，各测次观测的水位，m；t1,t2, ， tn-相邻两测次间的时距，相邻两测次间的时距，h。如如0时或时或24时无实测数据，则根据前后相邻水位直线内插求得。时无实测数据，则根据前后相邻水位直线内插求得。刊布的水文年鉴中，均载有各站的日平均水位表、年平均水位、年及各月的最刊布的水文年鉴中，均载有各站的日平均水位表、年平均水位、年及各月的最高、最低水位等。高、最低水位等
33、。图图4.4 面积包围法示意图面积包围法示意图四、水深测量便携式数字声纳四、水深测量便携式数字声纳深度计深度计Hondex Digital Depth SounderHondex便携式数字声纳深度计简介便携式数字声纳深度计简介1、概述：、概述：该仪器是一种小巧的便携式野外测量工具，采用声波该仪器是一种小巧的便携式野外测量工具，采用声波测距原理，变频器发射高频脉冲，并接水底返回信号测距原理，变频器发射高频脉冲，并接水底返回信号来快速测量水深。仪器采用来快速测量水深。仪器采用LCD数字显示读数，采用数字显示读数，采用英制或公制单位，使用英制或公制单位，使用9V干电池，可进行约干电池，可进行约500
34、次测次测量操作。仪器具有自动关机功能，在停止操作后量操作。仪器具有自动关机功能，在停止操作后10秒秒自动关机。仪器采用防水设计，防水深度自动关机。仪器采用防水设计，防水深度50米。米。该仪器有两种类型：该仪器有两种类型：变频器内置型：信号发生器与仪器一体；变频器内置型：信号发生器与仪器一体；变频器外置型：信号发生器外置，有变频器外置型：信号发生器外置，有3.5米缆线；米缆线；2、可选件：、可选件：变频器外置型仪器附件：船体安装附件，供变频器外置型变频器外置型仪器附件：船体安装附件，供变频器外置型仪器使用。仪器使用。 3、基本技术指标：、基本技术指标：最小测深：最小测深：1.8英尺（英尺（0.6
35、米）；米）；最大测深：最大测深：260英尺（英尺（79米）；米）；精度：精度：1%；信号频率：信号频率：400KHz （波束角度：（波束角度：12）；）；尺寸：尺寸：1.7英尺英尺7.8英尺英尺 （42mm 198mm）；）；实验五河流断面流速、流量测实验五河流断面流速、流量测量（量（4学时）学时） 流量是单位时间内流过江河某一横断面的流量是单位时间内流过江河某一横断面的水量，以水量，以m3/s计。测量流量的方法很多，计。测量流量的方法很多，常用的方法为流速面积法，其中包括流速常用的方法为流速面积法，其中包括流速仪测流法、浮标测流法、比降面积法等，仪测流法、浮标测流法、比降面积法等，这是我国目
36、前使用的基本方法。此外还有这是我国目前使用的基本方法。此外还有水力学法、化学法、物理法、直接法等。水力学法、化学法、物理法、直接法等。一、实验目的一、实验目的1. 练习流速仪的安装、调整、读数、计算练习流速仪的安装、调整、读数、计算2. 掌握点流速测定，了解潮汐河流水文观测掌握点流速测定，了解潮汐河流水文观测设计的基本要求设计的基本要求3. 掌握垂线流速计算，断面平均流速计算，掌握垂线流速计算，断面平均流速计算，以及流量的计算以及流量的计算 二、实验设备二、实验设备 旋浆式（旋杯式）流速仪；秒表旋浆式（旋杯式）流速仪；秒表三、流速测量三、流速测量 流速仪法是用流速仪测定水流速度，并由流速仪法是
37、用流速仪测定水流速度，并由流速与断面面积的乘积来推求流量的方法流速与断面面积的乘积来推求流量的方法。它是目前国内外广泛使用的测流方法，。它是目前国内外广泛使用的测流方法，也是最基本的测流方法。也是最基本的测流方法。在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不同而变化。从水在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不同而变化。从水平方向看，中间流速大，两岸流速小；从水深方向看，河床流速最小，平方向看，中间流速大，两岸流速小；从水深方向看，河床流速最小，如图如图5.1所示。用流速仪测流实际上是将过水断面划分为若干部分，所示。用流速仪测流实际上是将过水断面划分为若干部分，计算出各部分面积，然后用流速仪近
38、似地测算出各部分面积上的平均计算出各部分面积，然后用流速仪近似地测算出各部分面积上的平均流速，两者的乘积为通过各部分面积的流量，累积各部分面积上的流流速，两者的乘积为通过各部分面积的流量，累积各部分面积上的流量即得全断面的流量。因此流速仪测流工作包括断面测量和流速测量量即得全断面的流量。因此流速仪测流工作包括断面测量和流速测量两部分工作。两部分工作。图图5.1流速分布图流速分布图(a)断面等流速线图；断面等流速线图；(b)垂线流速分布图垂线流速分布图流速仪只能测得某点的流速，为了求得断面平均流速，流速仪只能测得某点的流速，为了求得断面平均流速，首先在断面上布设一些测速垂线（一般在测深垂线中选择
39、首先在断面上布设一些测速垂线（一般在测深垂线中选择若干条同时兼作测速垂线），在每一条测速垂线上布设一若干条同时兼作测速垂线），在每一条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速，最后根据测点流速的平均值求定数目的测速点进行测速，最后根据测点流速的平均值求得测线平均流速，再由测线平均流速求得部分面积平均流得测线平均流速，再由测线平均流速求得部分面积平均流速，进而推得断面流量。速，进而推得断面流量。测速垂线数目，根据河宽、水深来确定。测速垂线上的测速垂线数目，根据河宽、水深来确定。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来确
40、定。具体规定见表的要求来确定。具体规定见表5.1和表和表5.2。水面宽水面宽(m)(m)5.05.05.05.050501001003003001000100010001000精测法精测法5 56 610101212151515152020151525252525常测法常测法3 35 55 56 68 87 79 98 813138 813131313测点数测点数畅畅 流流 期期冰冰 期期十一点十一点0.00.0、0.10.1、0.20.2、0.30.3、0.40.4、0.50.5、0.60.6、0.70.7、0.80.8、0.90.9、1.0h1.0h六六( (七七) )点点0.00.0、0
41、.20.2、0.40.4、0.60.6、0.80.8、(0.9)(0.9)、1.0h1.0h0.0h0.0h或冰底或冰花底或冰底或冰花底0.20.2、0.40.4、0.60.6、0.80.8、1.0h1.0h五点五点0.00.0、0.20.2、0.60.6、0.80.8、1.0h1.0h三点三点0.20.2、0.60.6、0.8h0.8h0.150.15、0.50.5、0.85h0.85h二点二点0.20.2、0.8h0.8h0.20.2、0.8h0.8h一点一点0.60.6或或0.5h0.5h0.5h0.5h表表5.1 我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定我国精测法、常测法最少测速垂线数
42、目的规定表表5.2流速测点的位置流速测点的位置注：注： 为该测速垂线的有效水深。为该测速垂线的有效水深。h四、流量计算四、流量计算图5.2部分面积 、部分流速 及部分流量 计算示意图流速仪测流时有专用的记录和计算表格，通常在流速仪测流时有专用的记录和计算表格，通常在测流时随即计算流量。测流时随即计算流量。方法是：点流速方法是：点流速 垂线平均流速垂线平均流速 部分面部分面积平均流速积平均流速 乘以对应的部分断面面积乘以对应的部分断面面积 部分流量部分流量 全全断面流量断面流量6 . 0vvm2 . 0(21vvm)8 . 0v6.02.0(31vvvm)8 . 0v6 . 02 . 02(41
43、vvvm)8 . 0v6 . 02 . 00 . 033(101vvvvm)20 . 18 . 0vvmv0 . 11 . 00 . 0,vvv（1）垂线流速计算公式：）垂线流速计算公式：一点法一点法二点法：二点法：三点法三点法:五点法五点法:为垂线平均流速为垂线平均流速为各相对水深处的测点流速。为各相对水深处的测点流速。（2）部分面积平均流速计算公式：）部分面积平均流速计算公式：部分面积平均流速是指两测速垂线间部分面积的部分面积平均流速是指两测速垂线间部分面积的平均流速，以及岸边或死水边与断面两端测速垂线间平均流速，以及岸边或死水边与断面两端测速垂线间部分面积的平均流速。部分面积的平均流速。
44、(1)中间部分面积平均流速的计算中间部分面积平均流速的计算)(211mimiivvv式中式中 -第第 部分面积对应的部分平均流速；部分面积对应的部分平均流速； ， -分别为第分别为第i-1 及第及第i 条测速垂线的垂线条测速垂线的垂线平均流速。平均流速。iv1mivmiv(2)岸边部分面积平均流速的计算岸边部分面积平均流速的计算11mavv mnnavv 或或岸边流速系数岸边流速系数可通过增加测速垂线由试验资料确可通过增加测速垂线由试验资料确定，也可由公式推导确定。在陡岸边，若岸壁不平整，定，也可由公式推导确定。在陡岸边，若岸壁不平整，取取 为为 0.80；光滑岸壁，；光滑岸壁， 取用取用0.
45、9 0。在死水与流水。在死水与流水交界处的死水边，交界处的死水边， 取为取为0.60 。（3）部分面积的计算）部分面积的计算部分面积是以测速垂线为分界。岸边部分按三角形计部分面积是以测速垂线为分界。岸边部分按三角形计算，中间部分按梯形计算。算，中间部分按梯形计算。（4）部分流量的计算）部分流量的计算由各部分的部分平均流速由各部分的部分平均流速 与部分面积与部分面积 之积可得到之积可得到部分流量，即部分流量，即iviAiiimimiiiibhhvvAvq)(21)(2111iihh ,1式中式中 分别为第分别为第i-1 与第与第 i条垂线的水深；条垂线的水深； 第第 i-1与第与第 i条垂线之间的水平距离；条垂线之间的水平距离； 其余符号同上。其余符号同上。ib（5 5）断面流量及其他水力要素的计算）断面流量及其他水力要素的计算断面面积断面面积A为各部分面积为各部分面积Ai之和，即之和，即niiAA1断面流量断面流量 为各部分流量为各部分流量 的代数和的代数和QiqniinqqqqQ121断面平均流速断面平均流速AQv/
