1、1水水 文文 学学Hydrology汤汤 婕婕安徽农业大学资源与环境学院安徽农业大学资源与环境学院2013.4 2013.4 2第二章第二章 水文学的一般概念与水文测验水文学的一般概念与水文测验内内 容容：2.1 河流和流域河流和流域 2.2 径流形成及表示方法径流形成及表示方法 2.3 流域水量平衡流域水量平衡 2.4 水文资料的观测方法与收集水文资料的观测方法与收集 2.5 水位与流量关系曲线水位与流量关系曲线3 一、水量平衡原理一、水量平衡原理 二、水量平衡方程二、水量平衡方程 三、流域水量平衡方程三、流域水量平衡方程4一、水量平衡原理一、水量平衡原理 水量平衡原理：水量平衡原理：在水文
2、循环过程中，对任一在水文循环过程中，对任一区域、任一时段进入水量与输出水量之差额区域、任一时段进入水量与输出水量之差额必等于其蓄水量的变化量。必等于其蓄水量的变化量。5 水量平衡原理是水文、水资源研究的水量平衡原理是水文、水资源研究的基本原理，借助水量平衡原理可以对水循基本原理，借助水量平衡原理可以对水循环现象进行环现象进行定量研究，定量研究，并可以建立各水文并可以建立各水文要素间的要素间的定量关系定量关系，在已知某些要素的条，在已知某些要素的条件下可以推求其它水文要素，因此对水量件下可以推求其它水文要素，因此对水量平衡的研究不但具有理论意义，还具有重平衡的研究不但具有理论意义，还具有重大的实
3、用价值。大的实用价值。6二、水量平衡方程二、水量平衡方程 水量平衡方程水量平衡方程：I、O给定时段内输入、输出该地区的总给定时段内输入、输出该地区的总水量水量V时段内区域蓄水量的变化量，可正时段内区域蓄水量的变化量，可正可负。可负。IO=V7若以地球的整个若以地球的整个大陆大陆作为研究范围，其水量平作为研究范围，其水量平衡方程为：衡方程为：Pc R Ec=VcPo+R Eo=Vo若以若以海洋海洋为研究对象，其水量平衡方程为：为研究对象，其水量平衡方程为：Vc大陆在研究时段内蓄水量的变化量大陆在研究时段内蓄水量的变化量Vo海洋在研究时段内蓄水量的变化量海洋在研究时段内蓄水量的变化量8对多年平均情
4、况，对多年平均情况，V Vc c、V Vo o趋于零。所以：趋于零。所以：合并得：合并得：表示全球多年平均降水量等于多年平均表示全球多年平均降水量等于多年平均蒸发量，为蒸发量，为1130mm1130mm9三、流域水量平衡方程三、流域水量平衡方程(一一)非闭合流域的水量平衡方程非闭合流域的水量平衡方程 P+R地下地下=E+R+V(二二)闭合流域的水量平衡方程为闭合流域的水量平衡方程为 P=E+R+V 10 如果研究闭合流域多年平均的水量平衡如果研究闭合流域多年平均的水量平衡由于由于V多年平均值趋近于零，则：多年平均值趋近于零，则：P平均平均=E平均平均+R平均平均 R平均平均/P平均平均+E平均
5、平均/P平均平均=平均平均平均平均1式中式中平均平均R R平均平均/P/P平均平均 为为多年平均径流系数多年平均径流系数 平均平均E E平均平均/P/P平均平均 为多年平均蒸发系数为多年平均蒸发系数11 和和之和等于之和等于1 1，是，是 相互消长的，相互消长的，径径流系数越大，蒸发系数越小流系数越大，蒸发系数越小。在干旱地区，。在干旱地区，蒸发系数一般较大，径流系数较小，可见，蒸发系数一般较大，径流系数较小，可见，径流系数和蒸发系数具有强烈的径流系数和蒸发系数具有强烈的地区分布地区分布规律规律，他们可以综合反映流域内的干湿程，他们可以综合反映流域内的干湿程度。度。干旱地区蒸发系数大，可接近1
6、，水分充沛的地区径流系数在0.5-0.7之间或稍大13第二章第二章 水文学的一般概念与水文测验水文学的一般概念与水文测验内内 容容：2.1 河流和流域河流和流域 2.2 径流形成及表示方法径流形成及表示方法 2.3 流域水量平衡流域水量平衡 2.4 水文资料的观测方法与收集水文资料的观测方法与收集 2.5 水位与流量关系曲线水位与流量关系曲线14第四节第四节 水文资料的观测与收集水文资料的观测与收集一、水文测站与站网一、水文测站与站网二、水文测验二、水文测验三、水文资料的收集三、水文资料的收集15 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
7、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，这些指定的地并进行处理为即时观测信息，这些指定的地点称为点称为水文测站水文测站一、水文测站与站网一、水文测站与站网（一）水文测站（一）水文测站 16水位站水位站流量站流量站(也称水文站也称水文站)雨量站雨量站蒸发站蒸发站 只观测上述项目中的一项少数几项的测站只观测上述项目中的一项少数几项的测站,则按其主要观测项目而分别称为则按其主要观测项目而分别称为:水文测站所观测的项目有：水文测站所观测的项目有：水位、流量、水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位地下水位等。等。
8、17-基本站基本站：是水文主管部门为全国各地的水：是水文主管部门为全国各地的水文情况而设立的文情况而设立的,是为国民经济各方面的需要是为国民经济各方面的需要服务的。服务的。-专用站专用站：是为某种专门目的或用途由各部：是为某种专门目的或用途由各部门自行设立的。门自行设立的。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：这两类测站相辅相成，专用站在面上辅助基本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。站，而基本站在时间系列上辅助了专用站。18 因为单个测站观测到的水文要素其信息只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
9、情况，而流域上的水文情代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，这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为些测站在地理上的分布网称为水文站网水文站网。广义的站网是指测站及其管理机构所组成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。的信息采集与处理体系。（二）水文站网（二）水文站网 19 水文站网布站的原则是：通过所设站水文站网布站的原则是：通过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，网采集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达到可以内插流域内任何地点水文要素的特征值的特征值。水文站网规划的任务
10、：就是研究测站水文站网规划的任务：就是研究测站在地区上分布的在地区上分布的科学性、合理性、最优科学性、合理性、最优化化等问题。等问题。20（三）水文测站的设立（三）水文测站的设立-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，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度保证工作安全和测验精度，并有利于简化水文，并有利于简化水文要素的观测和信息的整理分析工作。要素的观测和信息的整理分析工作。-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、水准点和各种断水文测站一般应布设
11、基线、水准点和各种断面，即基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标面，即基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、比降断面。测流断面、比降断面。(1)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位置。基线的长度视河宽B而定,一般应为0.6B。2)水准点: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。(4)测流断面应与基本水尺断面重合，且与断面平均流向垂直(5)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
12、、下断面之间的间距不宜太短，其距篱应为断面最大流速的5080倍。(6)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。2223二、水文测验二、水文测验1.1.水位水位水位水位是指河流、湖泊、水库及海洋等水是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面的高程，以体的自由水面的高程，以mm计。计。（一）水位观测（一）水位观测 24-绝对基面绝对基面(absolute datumabsolute datum)：将某一海滨地点平均海水面的高程定为将某一海滨地点平均海水面的高程定为0.000m0.000m，作为水准基面。我国曾沿用过大连、大，作为水准基面。我国曾沿用过大连、大沽、黄海、废黄河口、
13、吴淞、珠江等基面，现在沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面，现在统一规定的基面为统一规定的基面为青岛黄海基面青岛黄海基面。-假定基面假定基面(arbitrary datumarbitrary datum)：这是在水文测站附近没有国家水准点或在一这是在水文测站附近没有国家水准点或在一时还不具备监测条件的情况下暂时假定的一个水时还不具备监测条件的情况下暂时假定的一个水准基面。准基面。水位与高程数值一样，要有一个水位与高程数值一样，要有一个基面基面(datumdatum)作为作为起点，起点，基面种类：基面种类：25-测站基面测站基面(station datumstation datum)：某些水文测
14、站专用的一种假定基面，一般选择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在河床最低点或历年最低水位以下0.50.51.0m1.0m处的处的水平面作为零点来计算水位高度。水平面作为零点来计算水位高度。-冻结基面冻结基面(stationary datumstationary datum)：将测站第一次使用的基面冻结下来作为永久固将测站第一次使用的基面冻结下来作为永久固定基面的定基面的种基面，也属水文测站专用的另一种种基面，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。使用水位资料时一定
15、要查清其基面。使用水位资料时一定要查清其基面。262.2.观测水位的设备观测水位的设备 水位观测的常用设备有水位观测的常用设备有水尺水尺和和自记水位计自记水位计两类两类 27水尺水尺 按水尺的构造形式不同可分为直立式、倾按水尺的构造形式不同可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式斜式、矮桩式与悬锤式4 4种。其中应用最广种。其中应用最广泛的是直立式水尺。观测时记录水尺读数，泛的是直立式水尺。观测时记录水尺读数，水位按下式计算：水位按下式计算：水位水位 =水尺零点高程水尺零点高程 +水尺读数水尺读数 式中，水尺零点高程是指水尺板上刻度起式中，水尺零点高程是指水尺板上刻度起点的高程，可以预先测量出来点
16、的高程，可以预先测量出来282930基本水尺水位观测基本水尺水位观测 分段定时观测。当水位变化缓慢时分段定时观测。当水位变化缓慢时(日变日变幅在幅在0.12m0.12m以内以内)，每日，每日8 8时和时和2020时各观测时各观测一次一次(称称2 2段制观测，段制观测，8 8时是基本时时是基本时)；枯水；枯水期日变幅在期日变幅在0.06m0.06m以内，用以内，用1 1段制观测；日段制观测；日变幅在变幅在0.120.120.24m0.24m时，用时，用4 4段制观测；有段制观测；有峰谷出现时，还要加测。峰谷出现时，还要加测。31自记水位计自记水位计:能将水位变化的连续过程自动能将水位变化的连续过
17、程自动记录下来，不遗漏任何突然的变化和转折，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或图像的形有的还能将所观测的数据以数字或图像的形式远传室内，使水位观测工作趋于自动化和式远传室内，使水位观测工作趋于自动化和远程化。远程化。32浮筒式水位计浮筒式水位计:由传递水位变化的浮子系统、时钟系统、记录系统三部分组成，它将水位随时间的变化按一定的比例记录在记录纸上；压力式水位计压力式水位计:压力式水位计是通过测定测点上的水压力推算水位；超声波水位计超声波水位计:根据超声波脉冲的传递时间测定脉冲所经历的距离，并由此推算出水位。34流量流量测量测量流速面积法流速面积法流速仪测流法流
18、速仪测流法浮标测流法浮标测流法比降面积法比降面积法这是我国目这是我国目前使用的基前使用的基本方法。本方法。水力学法水力学法化学法化学法物理法物理法直接法直接法（二）流量测算（二）流量测算 351.1.流速仪法测流流速仪法测流 流速仪法流速仪法是用流速仪测定水流速度，是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并由流速与断面面积的乘积来推求流量的方法。的方法。在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不同而变化。同而变化。从水平方向看，中间流速大，两岸流速小从水平方向看，中间流速大，两岸流速小 从水深方向看，河床流速最小。从水深方向看，河床流
19、速最小。36 用流速仪测流实际上是将过水断面划分为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，然后用流速仪若干部分，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测流工作包括断面测量断面测量和和流速测量流速测量两部分工作。两部分工作。37（1 1）断面测量：断面测量工作包括）断面测量：断面测量工作包括水道断面水道断面测量测量和和大断面测量大断
20、面测量两种，水道断面是指自由两种，水道断面是指自由水面线与河床线之间的范围，大断面为历年水面线与河床线之间的范围，大断面为历年最高洪水位以上最高洪水位以上0.50.51.0m1.0m的水面线与岸线、的水面线与岸线、河床线之间的范围。河床线之间的范围。38 水道断面的测量，是在断面上布设一定数量的水道断面的测量，是在断面上布设一定数量的测深测深垂线垂线，施测各条垂线的，施测各条垂线的水深水深，同时测得每条测深垂线，同时测得每条测深垂线与岸上某一固定点（断面的起点桩，一般设在左岸）与岸上某一固定点（断面的起点桩，一般设在左岸）的水平距离（称为的水平距离（称为起点距起点距），并同时观测），并同时观测
21、水位水位，用实用实测时的水位减去水深测时的水位减去水深，得到各测深垂线处的河底高程。，得到各测深垂线处的河底高程。断面测量示意图断面测量示意图 39-水深测量水深测量 测量水深的方法通常用测深杆、测深锤、测量水深的方法通常用测深杆、测深锤、铅鱼直接测出每根测深垂线的水深。当水很铅鱼直接测出每根测深垂线的水深。当水很深、流速很大时，深、流速很大时，可用回声测深仪测量水可用回声测深仪测量水深。深。40-起点距的测定起点距的测定 断面索法断面索法 在断面上架设钢丝缆索，每隔在断面上架设钢丝缆索，每隔适当距离做上标记，并事先测量好它们的位置，适当距离做上标记，并事先测量好它们的位置，测量水深的同时，直
22、接在断面索上读出起点距。测量水深的同时，直接在断面索上读出起点距。这种方法适合于河宽较小、水上交通不多、有条这种方法适合于河宽较小、水上交通不多、有条件架设断面索的河道测站，精度较高。件架设断面索的河道测站，精度较高。41 a/a/经纬仪岸上交会法：水经纬仪岸上交会法：水文站在布设测流断面时，同时布设基文站在布设测流断面时，同时布设基线，并用精确方法量出基线的长度，线，并用精确方法量出基线的长度，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测出角度测出角度 ，则起点距为，则起点距为 D=LtgD=Ltg。42 b/b/六分仪船上六分仪船上交会法：当河道较宽时，岸交会法：
23、当河道较宽时，岸上与船上联络困难，风浪较上与船上联络困难，风浪较大时用经纬仪瞄准河中活动大时用经纬仪瞄准河中活动的目标，施测有些困难，此的目标，施测有些困难，此时可使用六分仪交会法。手时可使用六分仪交会法。手握仪器即可测出角握仪器即可测出角 ，能，能在船上使用，因此水文勘测在船上使用，因此水文勘测中经常使用。中经常使用。计算起点距的公式为计算起点距的公式为 ：D=LctgD=Lctg 43（2 2）流速仪测速流速仪测速：流速仪是一种专门测流速仪是一种专门测定水流速度的仪器定水流速度的仪器 ,目前我国使用最多的目前我国使用最多的是旋杯式流速仪和旋是旋杯式流速仪和旋桨流速仪，桨流速仪，LS68-2
24、型旋杯式流速仪44 流速仪测速原理流速仪测速原理是利用水流冲动流速仪的是利用水流冲动流速仪的旋杯旋杯或或旋桨旋桨，同时带动转轴转动，在装有信号的电路上发出讯号，同时带动转轴转动，在装有信号的电路上发出讯号，便可知道在一定时间内的旋转次数，流速愈大，转轴便可知道在一定时间内的旋转次数，流速愈大，转轴转得愈快，转得愈快，流速流速与与转速转速之间有一定的关系。之间有一定的关系。45根据水文测验规范：沿水面布设多根根据水文测验规范：沿水面布设多根测速垂测速垂线线，再沿水深布设几个，再沿水深布设几个测速点测速点，由点流速计，由点流速计算流量算流量我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定：我国精测法、常测
25、法最少测速垂线数目的规定：46（3 3）流量计算流量计算：流速仪测流时有专用的记：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。录和计算表格，通常在测流时随即计算流量。具体方法是：具体方法是：点流速点流速垂线平垂线平均流速均流速部分面积部分面积平均流速平均流速乘以对应的部乘以对应的部分断面面积分断面面积部分部分流量流量全断面全断面流量流量基本思路：基本思路：AVQ47已知数据：已知数据：n个个测深垂线测深垂线，n+1个个部分断面部分断面 Hi,Vij,bi,流速流速 Vm1Vm2Vm3水深水深 48流速流速 Vm1Vm2Vm3水深水深 I 垂线平均流速的计算垂线平均流速的计算4
26、9I 垂线平均流速的计算垂线平均流速的计算一点法:或二点法:三点法:或50五点法:各式中 为垂线平均流速，其它为各相对水深处的测点流速。51流速流速 Vm1Vm2Vm3水深水深 II 部分面积平均流速计算部分面积平均流速计算52中间部分面积平均流速：中间部分面积平均流速：岸边部分面积平均流速：岸边部分面积平均流速：为为岸边系数岸边系数斜岸边斜岸边=0.67=0.670.750.75陡岸边陡岸边=0.80.80.90.9死水边死水边=0.5=0.50.670.67在陡岸边，若岸壁不平整，取在陡岸边，若岸壁不平整，取 为为0.80；光滑岸壁，；光滑岸壁，取用取用0.90。在死水与流水交界处的死水边
27、，。在死水与流水交界处的死水边，取为取为0.60II 部分面积平均流速计算部分面积平均流速计算53II 部分面积平均流速计算部分面积平均流速计算流速流速 Vm1Vm2Vm3水深水深 11mVV2/)(212mmVVV2/)(323mmVVV31mVV54流速流速 Vm1Vm2Vm3水深水深 III 部分断面面积的计算部分断面面积的计算中间部分：中间部分：岸边部分：岸边部分：11211bHA221212)(bHHA55IV 部分断面流量计算部分断面流量计算流速流速 Vm1Vm2Vm3水深水深 111VAq222VAq333VAq444VAq56计算断面流量：计算断面流量：断面平均流速断面平均流速
28、V 断面流量计算断面流量计算11niiqQ1111niniAqAQv例题：某河某站横断面如图所示，试根据图中所给例题：某河某站横断面如图所示，试根据图中所给测流资料计算该站流量和断面平均流速。图中测线测流资料计算该站流量和断面平均流速。图中测线水深水深h h1 1=1.5m=1.5m，h h2 2=0.5m=0.5m，V V0.20.2,V,V0.60.6,V,V0.80.8分别表示测线分别表示测线在在0.2h0.2h，0.8h0.8h，0.6h0.6h处得测点流速，处得测点流速，左左，右右分分别表示左右岸的岸边系数。别表示左右岸的岸边系数。图某河某站横断面及测流资料.解解:(1)垂线平均流速
29、的计算垂线平均流速的计算(2)部分面积平均流速的计算部分面积平均流速的计算smvvsmvvvmm/0.1/0.12/)8.02.1(2/)(6.028.02.01smvvsmvvvsmvvmmmm/8.00.18.0/0.12/)0.10.1(2/)(/9.00.19.02322211右左(3)部分面积的计算部分面积的计算232322212211152/205.02/102/10)5.05.1(2/)(152/205.12/mbHAmbHHAmbHA(4)断面流量的计算断面流量的计算smvAvAvAqqqQ/5.278.051109.0153332211321(5)断面平均流速的计算断面平均流
30、速的计算smAQv/917.0305.2762 浮标测流法是一种简便的测流方法。在洪浮标测流法是一种简便的测流方法。在洪水较大或水面漂浮物较多，特别是在使用流水较大或水面漂浮物较多，特别是在使用流速仪测流有困难的情况下，浮标法测流是一速仪测流有困难的情况下，浮标法测流是一种切实可行的办法。浮标测流的主要工作是种切实可行的办法。浮标测流的主要工作是观测浮标漂移速度，测量水道横断面，以此观测浮标漂移速度，测量水道横断面，以此来推估断面流量。来推估断面流量。63 凡能漂浮在水面上的物体都可以制成浮标。凡能漂浮在水面上的物体都可以制成浮标。用水面浮标法测流时，测得的是浮标在水面用水面浮标法测流时，测得
31、的是浮标在水面的漂移速度，这种流速称的漂移速度，这种流速称浮标虚流速浮标虚流速，它不，它不能代表断面平均流速，将它与过水断面相配能代表断面平均流速，将它与过水断面相配合，计算出断面虚流量，然后乘上浮标系数合，计算出断面虚流量，然后乘上浮标系数 才能得到断面实际的流量。才能得到断面实际的流量。64（三）泥沙测算（三）泥沙测算 1.1.河流泥沙分类河流泥沙分类运动运动形式形式悬移质悬移质泥沙泥沙:浮于水中并随之运动；浮于水中并随之运动；推移质推移质泥沙泥沙:受水流冲击沿河底移动受水流冲击沿河底移动或滚动；或滚动；河床质河床质泥沙则相对静止而停留在河床泥沙则相对静止而停留在河床上。上。652.2.悬
32、移质泥沙测验与计算：悬移质泥沙测验与计算：含沙量含沙量:指单位体积内所含干沙的质量，用指单位体积内所含干沙的质量，用Cs表示，单位为表示，单位为kg/m3。输沙率输沙率：指单位时间流过河流某断面的干沙：指单位时间流过河流某断面的干沙 质量，以质量，以Ls表示，单位为表示，单位为kg/skg/s。断面输沙率是通过断面上含沙量测验配合断面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。流量测量来推求的。66（1 1）含沙量的测量）含沙量的测量取样取样：一般需要采样器从水流中采取水样。：一般需要采样器从水流中采取水样。测重测重：经过量积、沉淀、过滤、烘干、称重：经过量积、沉淀、过滤、烘干、
33、称重等手续，得出一定体积浑水中的干沙重量。等手续，得出一定体积浑水中的干沙重量。水样的含沙量可按下式计算：水样的含沙量可按下式计算：式中式中 Cs -水样含沙量，水样含沙量，g/L 或或 kg/m3；Ws -水样中的干沙重量，水样中的干沙重量，g 或或kg；V -水样体积，水样体积，L或或m3；VWCss67（2 2）输沙率测）输沙率测算算垂线平均含沙量计算垂线平均含沙量计算 根据测点的水样，得出各测点的含沙量之根据测点的水样，得出各测点的含沙量之后，可用后，可用流速加权流速加权计算计算垂线平均含沙量垂线平均含沙量。68（3 3）悬移质输沙量的计算）悬移质输沙量的计算 通过大量实测资料的分析，
34、建立通过大量实测资料的分析，建立断面平断面平均含沙量（简称断沙）均含沙量（简称断沙）与与断面某一垂线或某断面某一垂线或某一测点的含沙量（简称单沙）一测点的含沙量（简称单沙）之间相关关系。之间相关关系。根据所得关系模型，只需选定的垂线（或其根据所得关系模型，只需选定的垂线（或其上的一个测点）上进行取样测定，便可求得上的一个测点）上进行取样测定，便可求得断面平均含沙量。断面平均含沙量。693.3.推移质泥沙测验推移质泥沙测验 推移质输沙率推移质输沙率是指单位时间内通过测验断面是指单位时间内通过测验断面的推移质泥沙重量，单位为的推移质泥沙重量，单位为kg/skg/s。推移质推移质取样取样的方法：一种
35、是采样器法，一种是的方法：一种是采样器法，一种是沉沙池法。沉沙池法。70采样器法采样器法是沿河道放置一定体积的推移质采是沿河道放置一定体积的推移质采样器，每隔一定时间测定采样器中泥沙量，样器，每隔一定时间测定采样器中泥沙量，按一定比例换算成河流中推移质的输沙量。按一定比例换算成河流中推移质的输沙量。沉沙池法沉沙池法是测流槽前面修建沉沙池，每次洪是测流槽前面修建沉沙池，每次洪水过后沉沙池中的泥沙量就是推移质的量。水过后沉沙池中的泥沙量就是推移质的量。71三、水文资料的收集和水文调查三、水文资料的收集和水文调查（一）水文年鉴和水文数据库（一）水文年鉴和水文数据库（二）水文手册和水文图集（二）水文手
36、册和水文图集（三）水文调查（三）水文调查 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：-驻测：驻测：在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的观测称在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的观测称驻测。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。多、站点不足、效益低等缺点。-巡测：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。流域内各观测点进行流量等水文要素的观测。-间测间测:中小河流水文站有中小河流水
37、文站有1010年以上资料分析证明其历年水位流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，对其中一要素量关系稳定，或其变化在允许误差范围内，对其中一要素(如流量如流量)停测一时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。-水文调查：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为弥补水文基本站网定位观测的不足或其他特定目的,采用勘测、调查、考证等手段进行收集水文信息的工作。采用勘测、调查、考证等手段进行收集水文信息的工作。73第二章第二章 水文学的一般概念与水文测验水文学的一般概念与水文测验内内 容容：2.1 河流和流域河流和流域 2.2
38、 径流形成及表示方法径流形成及表示方法 2.3 流域水量平衡流域水量平衡 2.4 水文资料的观测方法与收集水文资料的观测方法与收集 2.5 水位与流量关系曲线水位与流量关系曲线74第五节第五节 水位与流量关系曲线水位与流量关系曲线一、水位流量关系曲线的确定与绘制一、水位流量关系曲线的确定与绘制二、水位流量关系曲线的延长二、水位流量关系曲线的延长三、水位流量关系曲线的应用和移用三、水位流量关系曲线的应用和移用75一、水位流量关系曲线的确定与绘制一、水位流量关系曲线的确定与绘制 一个测站的一个测站的水位流量关系水位流量关系是指基本水尺断是指基本水尺断面处的水位与通过该断面的流量之间的关系。面处的水
39、位与通过该断面的流量之间的关系。根据实测流量成果，便可点绘水位与流量之间根据实测流量成果，便可点绘水位与流量之间的关系。的关系。水位与流量之间的关系，有的表现为水位与流量之间的关系，有的表现为稳定稳定的关系，有的则为的关系，有的则为不稳定不稳定的关系。的关系。76 稳定的水位流量关系，是指一个水位对应稳定的水位流量关系，是指一个水位对应的流量变化不大，它们之间呈现单一关系。的流量变化不大，它们之间呈现单一关系。水位流量关系维持稳定，必须具备下列条水位流量关系维持稳定，必须具备下列条件之一：断面面积、水力比降和糙率等水力件之一：断面面积、水力比降和糙率等水力因素在同一水位时因素在同一水位时,维持
40、不变维持不变;在同一水位时，在同一水位时，上述各因素虽有变动，但其变动对水位流量关上述各因素虽有变动，但其变动对水位流量关系的影响可以互相补偿。系的影响可以互相补偿。(一一)稳定的水位流量关系曲线稳定的水位流量关系曲线77稳定的水位流量关系曲线的稳定的水位流量关系曲线的绘制步骤如下绘制步骤如下：将各次测流时实测水位、流量的成果加以审将各次测流时实测水位、流量的成果加以审查，列出实测流量成果表。查，列出实测流量成果表。某河某河 站站19821982年实测流量成果表（摘录）年实测流量成果表（摘录）78 H HQQ曲线定出后，应与曲线定出后，应与H HA A、H HV V曲曲线对照检查，使各种水位情
41、况下的线对照检查，使各种水位情况下的Q=AVQ=AV。79(二二)不不稳稳定定的的水水位位流流量量关关系系 因受一种或几种因素的影响因受一种或几种因素的影响,实测流量与相实测流量与相应水位的点据不能呈密集带状分布应水位的点据不能呈密集带状分布,难以用一难以用一条单一曲线表示，同一水位（或流量）具有多条单一曲线表示，同一水位（或流量）具有多个流量（或水位）与之对应，这就是不稳定的个流量（或水位）与之对应，这就是不稳定的水位流量关系。水位流量关系。80引起这种水位流量关系变动的因素有：引起这种水位流量关系变动的因素有：河床冲淤河床冲淤，使同水位的断面面积发生变化，影响流，使同水位的断面面积发生变化
42、，影响流量，多沙河流冲淤严重，这种变化尤为剧烈；量，多沙河流冲淤严重，这种变化尤为剧烈；洪水涨落洪水涨落，涨水与落水阶段，河道水面比降不同，涨水与落水阶段，河道水面比降不同，流速不同导致同水位下流量不同，涨落急剧的河流，流速不同导致同水位下流量不同，涨落急剧的河流，这种变化比较明显；这种变化比较明显；变动回水变动回水，在河流的中下游，河渠水位受支流汇合、，在河流的中下游，河渠水位受支流汇合、闸门启闭、湖水顶托等影响，使水面比降发生变化，闸门启闭、湖水顶托等影响，使水面比降发生变化，引起水位流量关系的不稳定；引起水位流量关系的不稳定；结冰结冰、水生植物等也能导致断面面积和糙率等一些、水生植物等也
43、能导致断面面积和糙率等一些水力因素的变化而影响水位流量关系。水力因素的变化而影响水位流量关系。81(1)(1)临时曲线法：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密集成一带状，能符合定单一线的要求时，可以分期定出HQ曲线，称为临时曲线法。适用于断面不经常性冲淤的测站，或临时受某种影响(如大坝、冰凌、分流)，使测站控制发生临时性变化，致使水位与流量的关系在一定时期内自成系统的情况下，可单独绘出各时期的曲线用于推求流量。不稳定的水位流量关系曲线不稳定的水位流量关系曲线的处理方法很多，的处理方法很多，经常使用的有经常使用的有以下两种以下两种，82HQHHQ
44、HQ受河床冲淤影响的水位流量关系曲线受河床冲淤影响的水位流量关系曲线83(2)(2)连时序法连时序法：当测流次数较多，能控制水位当测流次数较多，能控制水位流量关系变化的转折点时，一般多用连时序流量关系变化的转折点时，一般多用连时序法。法。适用于受变动回水、洪水涨落、断面冲淤、适用于受变动回水、洪水涨落、断面冲淤、不稳定的结冰、水草生长等各种影响的测站。不稳定的结冰、水草生长等各种影响的测站。其其绘制过程绘制过程如下：如下：84 根据实测资料绘出水位过程线根据实测资料绘出水位过程线(水位随时间变化的连续水位随时间变化的连续曲线曲线)H=H=f(tf(t)，并在过程线上按顺序注上测次号码。，并在过
45、程线上按顺序注上测次号码。根据实测流量和相应水位，点绘根据实测流量和相应水位，点绘H HQQ相关点，并在点相关点，并在点旁依次注明测次号码及实测日期。旁依次注明测次号码及实测日期。参照水位过程线的起伏变化，目估依测次号码连成圆参照水位过程线的起伏变化，目估依测次号码连成圆滑曲线，即为水位流量关系曲线。滑曲线，即为水位流量关系曲线。这种情况的这种情况的H HQQ曲线一般为绳套形，使用时按水位曲线一般为绳套形，使用时按水位发生时间在发生时间在H HQQ曲线的相应位置查读流量。曲线的相应位置查读流量。85HQHAHVH稳定稳定稳定稳定受洪水涨落影响的水位流量关系曲线受洪水涨落影响的水位流量关系曲线8
46、6二、水位流量关系曲线的延长二、水位流量关系曲线的延长 测站测流时，由于施测条件限制或其他测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水位的流量种种原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量缺测或漏测，在这种情况下，须将水位流量关系曲线作关系曲线作高、低水部分的外延高、低水部分的外延，才能得到，才能得到完整的流量过程。完整的流量过程。87 河床稳定的测站，水位面积、水位流速关河床稳定的测站，水位面积、水位流速关系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两系点常较密集，曲线趋势较明确，可根据这两根线来延长水位流量关系曲线。有以下方法：根线来延长水位流量
47、关系曲线。有以下方法：（一）（一）根据根据H HA A、H HV V关系外延关系外延H-QH-Q的高水部的高水部分分881.1.延长延长H HV V，H HQQ高水部分高水部分（1 1）根据当时实测得大断面资料，绘制包括高水位）根据当时实测得大断面资料，绘制包括高水位在内的在内的H HA A曲线。曲线。（2 2）由实测数据绘制）由实测数据绘制H HV V曲线。然后，曲线。然后，根据高水根据高水位附近的位附近的H HV V曲线通常趋近于直线，且与纵轴接近曲线通常趋近于直线，且与纵轴接近平行的特性，顺势延长平行的特性，顺势延长H HV V曲线曲线。（3 3）在同一水位）在同一水位H Hi i的的H
48、 HA A和和H HV V曲线上，找出相曲线上，找出相应的应的A Ai i和和V Vi i，并求出，并求出QQi i。（4 4）用上述方法求出）用上述方法求出5 56 6个以上的个以上的QQi i后，在（后，在（QQi i，HQHQi i ）的点群中央绘制一条光滑的曲线。）的点群中央绘制一条光滑的曲线。892.2.根据水力学公式外延根据水力学公式外延 此法实质上与上法相同，只是在延长此法实质上与上法相同，只是在延长H HV V曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部曲线时，利用水力学公式计算出需要延长部分的分的V V值。最常见的是用曼宁公式计算出需要值。最常见的是用曼宁公式计算出需要延长部分的延
49、长部分的V V值，并用平均水深值，并用平均水深 代替水力半代替水力半径径R R。由于大断面资料已知，因此关键在于确。由于大断面资料已知，因此关键在于确定高水时的河床糙率定高水时的河床糙率n n和水面比降和水面比降s s。901776年法国人年法国人Chezy提出的明渠平均流提出的明渠平均流速公式，即速公式，即谢才公式谢才公式：RSCv A为过水断面面积，为过水断面面积，X为水流与固体边界接触部分为水流与固体边界接触部分的周长，称为的周长，称为湿周湿周，水力半径水力半径R即为与湿周周长即为与湿周周长相等的圆的半径相等的圆的半径r的一半的一半。C：谢才系数；：谢才系数；S：水面比降：水面比降R：水
50、力半径：水力半径XAR XX91 许多学者对许多学者对C值进行研究值进行研究,得到一系列得到一系列经验公式。其中最为简便而应用广泛的经验公式。其中最为简便而应用广泛的是是曼宁公式曼宁公式：611RCn n为反映壁面粗糙对水流影响的系数为反映壁面粗糙对水流影响的系数,称称为为粗糙系数或糙率粗糙系数或糙率。32211RSvn9232211RASvAQn933.3.断面特性法作断面特性法作H HQQ曲线的高、低水延长曲线的高、低水延长（P29P29）94（二）（二）以断流水位为控制作低水延长以断流水位为控制作低水延长 低水位的延长首先确定低水位的延长首先确定断流水位断流水位，以此，以此控制水位流量关
