工程水文学-第三章课件.ppt

'工程水文学—(第三章水文信息采集与处理)上海大学土木系武亚军1 概述水文信息采集与处理是研究水文信息的测量、计算与数据处理原理和方法，是工程水文学的重要基础。水文信息包括：降水、水位、流量、水温、冰凌、泥沙、水质和地下水等要素。量测时间节点:(1)水文事件发生时;(2)水文事件发生后。2 3.1测站与站网测站：在流域内一定地点(或断面)按统一标准对所需要的水文要素作系统观测以获得信息并进行整理为即时观测信息，这些指定的地点称为测站。测站所测的项目主要有：降水、水位、流量、水温、冰凌、泥沙、水质和地下水等。只测其中部分项目的分别称为水位站、流量站(也称水文站)、雨量站、蒸发站等。3 测站根据测站的性质，河流水文测站又可分为基本站、专用站两大类。基本站是水文主管部门为全国各地的水文情况而设立，为国民经济各方面需要服务的。专用站是为某种专门目的或用途由各部门自行设立的，是基本站的补充。4 水文站网站网：单站只能代表站址处的水文情况，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，这些测站在地理上的分布称为站网。布站原则(或站网作用)：通过所设站网采集到的水文信息经过整理分析后，达到可以内插值得到流域内任何地点水文要素的特征值。所以测站在地区上分布的科学性、合理性和最优化等是水文站网规划的任务。5 水文站网的一些布站原则在预计将修建水利工程的地段一般应布站。在中小河流上布站时还应当考虑暴雨洪水分析的需要，如对小河应按地质、土壤、植被、河网密集程度等下垫面因素分类布站。布站时应注意雨量站与流量站的配合。水质监测站布设应考虑监测目标、人类活动对水环境的影响程度和经济条件这3个因素。我国水文站网于1956年开始统一规划布站，经多次调整，布局已比较合理。但由于人类活动的影响，还需对水文站进行适当调整和补充。6 水文测站的设立建站主要考虑选择测验河段和布设观测断面。测验河段的选择原则：具体是指测站的水位与流量间呈良好的稳定关系(单一关系).该关系与断面和河槽性质有关。该关系主要由断面决定时，称为断面控制，由河槽性质决定时称为河槽控制。7 ⑴必须满足设站目的。⑵保证各级水位下(包括洪、枯水期)观测工作安全及测验资料具有必要的精度。⑶生活、交通、通讯方便。⑷符合观测方便、建站及测验设施经济，测验资料计算整理简单的要求。测验河段的选择原则8 断面控制与河槽控制断面控制：在天然河道中，由于地质或人工原因，造成河段中局部地形突起，如石梁、卡口等，使得水面曲线发生明显转折，形成临界流，出现临界深度，构成断面控制，即水位-流量由这些断面来控制。河槽控制：当水位流量关系要靠一段河槽所发生的阻力作用来控制。如该河段的底坡、断面形状、糙率等因素较稳定，则水位流量关系也比较稳定。9 测验河段选择的注意事项平原地区：尽量选择河道顺直、稳定、水流集中、便于布设测验的河段，且尽量避开变动回水、急剧冲淤变化、分流、斜流、严重漫滩等以及妨碍测验工作的地貌、地物。结冰河流还应避开容易发生冰塞、冰坝的地方。山区：应在有石梁、急滩、卡口、弯道的上游附近规整的河段上选站。10 水文测站布置内容水文测站一般应布设基线、水准点和各种断面.各种断面包括：基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面及比降断面。11 观测断面基本水尺断面：在某一断面上设立基本水尺，用来进行经常的水位观测。测流断面：测流速断面，应与基本水尺断面重合，且与断面平均流向垂直，若不能重合时亦不能相距过远。浮标测流断面：有上、中、下3个断面，一般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速的50~80倍。12 水文测站基线、断面布设图比降上断面浮标上断面基本水尺断面测流中断面浮标下断面比降下断面>30oLpL基线13 观测断面比降断面：在该断面设立比降水尺，用来观测河流的水面比降和分析河床的糙率。上、下比降断面间的河底和水面比降，不应有明显的转折，其间距应使得所测比降的相对误差控制在±15%之内。14 水准点水准点：分为基本水准点和校核水准点，均应设在基岩或稳定的永久性建筑物上，也可埋设于土中的石柱或混凝土桩上。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。15 基线基线通常与测流断面垂直，起点在测流断面线上，其用途是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，最短也应为0.3B。基线的长度一般为10m的整数倍，基线的丈量误差不得大于1/1000。16 收集水文信息的基本途径驻测：在河流或流域内的固定点上对水文要素所进行的观测。以上断面、基线、水准点等均为驻测，是我国收集水文信息的最基本方式。缺点：用人多、站点不足、效益低。一般可采用与巡测、间测及水文调查相结合的方式收集水文信息。17 巡测与间测巡测是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。间测是当中小河流水文站有10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，对其中某一要素(如流量)停测一段时期再施测的测停相间的测验方式，停测期间由另一要素(水位)的实测值来推算。18 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，采用勘测、调查、考证等手段进行收集水文信息的工作。水文调查包括：水文要素、气候特征、流域自然地理、河道情况、人类活动以及水旱灾情，社会经济状况等方面。19 3.2降水观测降水量观测是水文要素观测的重要组成部分，一般包括测记降雨、降雪、降雹的水量。单位mm，其观测记载的精度要求：需要控制雨日地区分布变化的雨量站必须记至0.1mm.当有蒸发站记录时，降雨的记录精度必须与蒸发观测的记录精度相匹配。每日降水量观测时间为本日8时到次日8时。20 仪器及观测降水量观测仪器由传感器、测量控制、显示与记录、数据传输和数据处理等部分组成。按传感原理分类：直接计量、液柱测量和翻斗测量。直接计量雨量器液柱测量虹吸式，少数是浮子式翻斗测量单翻斗与多翻斗21 器测法观测仪器有雨量器和自记雨量计。雨量器：可以测量各种类型的降水自记雨量计：自动记录降水过程的仪器称重式：可以测量各种类型的降水虹吸式：只能测降雨翻斗式：只能测降雨22 雨量器由承雨器、漏斗、储水瓶和雨量杯组成承雨器口径200mm器口距地面高700mm23 称重式(自记式)可以连续记录接雨杯上以及储积在其内降水的重量。记录方式可以用机械发条装置或平衡锤系统，降水时全部降水量的重量如数记录下来。其优点是能够记录雪、冰雹及雨雪混合降水。24 虹吸式(自记式)只能测量降雨。雨水收集到装有浮球的虹吸室，浮球会随虹吸室内的水位上升而升高,带动自动笔在记录纸上划线.虹吸室满后，盛载的雨水会通过虹吸管抽走记录纸上是一个连续性的雨量纪录，既表示雨量大小，又表示降雨过程变化情况，曲线的坡度表示降雨强度。虹吸式雨量器所得出的数据可用作核对邻近普通雨量器的记录25 翻斗式(自记式)只能测量降雨。由感应器及信号记录器组成。翻斗式雨量器内有一对承接雨水的斗状容器置于一个支点上。当其中一个翻斗接满相当于0.1mm的雨量时，受重力的作用而翻倒，并倾出雨水。另一个翻斗处于接水状态承接雨水.每次翻斗倾倒之际接通了电路，发出信号到附近的自动记录器。自记笔记录100次后，自动归零重新记录。26 常用降水量观测仪器及适用范围雨量器适用于驻守观测的雨量站虹吸式自记雨量器适用于驻守观测液态降水量翻斗式自记雨量器日记型适用于驻守观测液态降水量长期自记型用于驻守和无人防守的雨量站观测液态降水量，特别适用于边远偏僻地区无人驻守的雨量站观测液态降水量27 雨量器观测降水量采用定时、分段观测一般少雨季节采用1段或2段次，遇暴雨时应随时增加观测段次；多雨季节应选用自记雨量计.注意事项：每次观测时，检查容器是否变形，储水筒是否漏水暴雨时应及时更换储水筒每次观测后，储水筒和量雨杯内不可有积水28 降水量数据整理一般规定审核原始记录，在自记记录的时间误差和降水量误差超过规定时，分别进行时间订正和降水量订正，在故障时进行故障期的降水量处理。统计日、月降水量，在规定期内，按月编制降水量摘录表。用自记记录整理者，在自记记录线上统计和注记按规定摘录期间的时段降水量。29 数据整理的合理性检查指导站应按月或按长期自记周期进行合理性检查，主要内容包括：对照检查指导区域内各雨量站日、月、年降水量、暴雨期的时段降水量以及不正常的记录线.同时有蒸发观测的站应与蒸发量进行对照检查.同时用雨量器与自记雨量计进行对比观测的雨量站，相互校对检查.30 各项整理计算分析工作各项整理计算分析工作，必须坚持一算两校，即委托雨量站完成原始记录资料的校正、故障处理和说明，统计日、月降水量，并于每月上旬将降水量观测记载簿或记录纸复印或抄录备份，以免丢失，同时将原件用挂号信邮寄至指导站，由指导站进行一校、二校及合理性检查。无法独立完成资料整理的雨量站，应由指导站协助进行。31 雨量器观测记载资料的整理有降水之日于8时观测完毕之后，立即检查观测记载是否正确、齐全。如检查发现问题，应加注统一规定的整编符号。计算日降水量，当某日内任一时段观测的降水量注有降水物或降水整编符号时，则该日降水量也注相应符号。每月初统计填制上月观测记载表的月统计栏各项目。32 3.3水位观测水位：是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面离开固定基面的高程，以m计。目前我国统一采用黄海基面，也有地方沿用以前的大沽基面、吴淞基面、珠江基面。也有使用假定基面、测站基面或冻结基面的。使用时必须明确采用哪个基面才有意义。33 水位观测作用直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独使用价值的资料，如确定堤防、坝高、桥梁及涵洞、公路路面等标高；为推求其他水文数据而提供间接资料，如由水位推求流量、计算比降等。34 水尺水位观测常用设备有水尺和自记水位计两类按水尺的构造形式不同，可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式等水面在水尺上的读数加上水尺零点的高程即为当时的水位值。水位值=水尺读数+水尺零点高程自记水位计可将水位变化的连续过程自动记录下来，有的还能远程传输，自动化和远传化。35 水位观测办法水位的观测包括基本水尺和比降水尺的水位。水位变化缓慢时(日变幅<0.12m)：每日8时和20时各观测一次(二段制)；枯水期日变幅<0.06m时，用一段制观测；日变幅小于0.24m、大于0.12m时，用四段制；有峰谷出现时，需加密测试。比降水尺观测的目的是计算水面比降，分析河床糙率等，观测次数根据需要而定。36 水位观测数据整理包括日平均水位、月平均水位和年平均水位计算日平均水位的计算方法有二：算术平均法一日内水位变化缓慢或水位变化较大但是等时距人工观测或从自记水位计上摘录面积包围法一日内水位变化较大，且是不等时距观测或摘录。37 面积包围法水位过程线Z0Z1Z2Z3Z4Zn-3Zn-2Zn-1ZnΔt1Δt2Δt3Δt4Δtn-3Δtn-2Δtn-1Δtnt24038 水位观测数据整理根据逐日平均水位可算出月平均水位和年平均水位及保证率水位。保证率水位是指在一年内有多少天数高于或等于某一水位。这些经过整理分析处理后的水位信息即可提供给各生产单位应用。39 3.4流量测验流量是指单位时间内流过江河某一横断面的水量，以m3/s计.反映水资源和江河、湖泊、水库等水体水量变化的基本数据，也是河流最重要的水文特征值.流量是根据河流水情变化的特点，在水文站上用各种测流方法进行流量测验取得实测数据，经过分析、计算和整理而得的资料，用于研究江河流量变化的规律，为国民经济各部门服务.40 测流方法及分类根据工作原理分类流速面积法:流速仪法(本文主要介绍)、航空法、比降面积法、积宽法、浮标法等水力学法:量水建筑物和水工建筑物测流化学法:溶液法、稀释法、混合法物理法:超声波法、电磁法和光学法直接法:容积法和重量法，适用于小流量沟涧量水建筑物：用以测定流量的建筑物。如量水堰、缺口堰和测流槽等水工建筑物测流：兼作量水用的水工建筑物主要有水闸、涵洞、渡槽、陡坡、跌水等。量测流量一般是通过测定上游水头或上下游水头差，根据进口形状、建筑物形式、尺寸及水流流态，按照水力学原理计算流量，或制成图表、曲线查用。41 3.4.2流速仪法测流河流过水断面内流速不均匀。影响河流流速的因素：河流过水断面的形态、河床表面特性、河底纵坡、河道弯曲情况以及冰情等，在过水断面上，流速随水平及垂直方向的位置不同而变化，可表示为:其中b为该点到水边的水平距离，h为该点至水面的垂直距离42 全断面流量全断面流量A水道断面面积,dA单位面积,B水面宽度,hb水边到水面宽度为b处的水深43 河流断面流量计算图h0Bhbbdhdbh44 部分流量与全断面流量流速仪法测速是将水道断面划分为若干部分，用普通测量方法测算出各部分断面的面积，用流速仪施测流速并计算出各部分面积上的平均流速，两者的乘积，称为部分流量q.各部分流量的和为全断面流量45 注意事项实际测速时部分面积为有限个。河道测流需时间较长，不可能在瞬时完成，故实测流量是时段的平均值。测流实质上是测量横断面和流速两部分工作。46 断面测量水道断面测量是在断面上在布设一定数量的测深垂线，施测各条测深垂线的起点距和水深并观测水位，用施测时的水位减去水深，即得各测深垂线处的河底高程。测深垂线的起点距是指该测深垂线至基线上的起点桩之间的水平距离。47 测深垂线的起点距h0Bhb基线测深曲线起点距48 起点距测量方法断面索法测角交会法(常用仪器有经纬仪、平板仪、六分仪)全球定位系统(GPS，快速、方便、准确)49 断面索法断面索法是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，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、有条件架设断面索的河道测站，精度较高。50 经纬仪交会法水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，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测出角度φ，则起点距为D=L·tg(φ)。51 测深测深一般用测深杆、测深锤或测深铅鱼等。超声波回声仪也可测量水深，它是利用超声波具有定向反射的特性，根据声波在水中的传播速度和超声波从发射到回收往返所经过的时间计算出水深。具有精度好、工效高、适应性强、劳动强度小，且不易受天气、潮汐和流速大小限制等优点。52 大断面大断面：水道断面扩展到历年最高洪水位以上0.5~1.0m的断面。大断面的面积分为水上和水下部分。水上部分面积采用水准仪测量；水下部分面积即为水道断面测量。鉴于工作难度大，大断面测量多在枯水季节施测，汛前或汛后复测一次。断面变化显著时每次大洪水过也要及时施测。53 流速测量天然河道中一般采用流速仪法测定水流的流速下图为旋杯式和旋桨式流速仪ADCP流速剖面仪54 旋杯式和旋桨式流速仪55 工作原理旋桨式流速仪﹑旋杯式流速仪均属转子式流速仪，工作原理基本相同，是利用水流动力推动转子旋转，根据转动速度推求流速。公式为：式中v为流速;N为时段内的总转数;t为时段历时;c为常数,反映转子旋转时的摩阻力;K值取决于桨叶螺距或杯型。K﹑c值均在专用水槽中检定得出。56 ADCP流速剖面仪又称声学多普勒流速剖面仪美国骏马系列瑞江牌ADCP流速剖面仪57 ADCP与普通流速仪差异传统流速仪法是静态方法，流速仪是固定的。ADCP方法是动态方法，ADCP在随测量船运动过程中进行测验。传统流速仪法要求测流断面垂直于河岸。ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸。测船航行的轨迹可以是斜线或曲线。ADCP所测的垂线(子断面)可以很多，每条垂线上的测点也很多。58 流速仪测流分类根据测速方法的不同，可分为积点法、积深法和积宽法。最常用的为积点法：是在断面的各条垂线上将流速仪放至不同的水深点测速。测速垂线的数目与每条测速垂线上测点的多少应根据流速精度要求等确定。垂线越多误差越少，垂线数大于100条时均方误差基本为零。59 相对水深相对水深：测点水深与所在垂线水深之比值。当水深大于1.0m时可用五点法测流，相对水深分别为0.0、0.2、0.6、0.8、1.0为了消除流速的脉动影响，各测点测速历时取为60~100s。60 流量计算流量计算方法有图解法、流速等值线法和分析法。常用的为分析法。61 垂线平均流速的计算-分析法采用一点法、二点法、三点法、五点法、六点法、十一点法。Vm为垂线平均流速。一点法：Vm=V0.6二点法：Vm=(V0.2+V0.8)/2三点法：Vm=(V0.2+V0.6+V0.8)/3==(V0.2+2V0.6+V0.8)/4五点法：Vm=(V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0)/10六点法：Vm=(V0.0+2V0.2+2V0.4+2V0.6+2V0.8+V1.0)/1062 部分面积的计算岸边块和中间块通过测深垂线将河道断面分割岸边块为三角形块中间块为梯形块再通过测速垂线划分部分两条测速垂线之间为部分面积63 部分面积计算64 部分平均流速计算岸边部分：由距岸第一条测速垂线所构成的岸边部分(左右各两个三角形)部分平均流速=垂线平均流速*αα为岸边流速系数中间部分：由相邻两条测速垂线与河底及水面所组成的部分Vi=(Vmi-1+Vmi)/265 部分流量计算部分流量由部分的部分平均流速与部分面积之积得到:66 断面流量及其他水力要素计算断面平均流速断面平均水深67 相应水位的概念相应水位：在一次测流过程中，与该次实测流量值相等的瞬时流量所对应的水位。68 3.4.3浮标法测流当流速仪测流有困难时，可使用浮标测流法。浮标速度与水流速度之间存在一定关系，故可用浮标漂移速度与水道断面积来推算断面流量.先测绘出测流断面上水面浮标速度分布图，将其与水道断面相配合，便可计算出断面虚流量，断面虚流量乘以浮标系数，得到断面流量.69 计算浮标法测流浮标漂移速度，又称浮标虚流速。一般是在上游浮标投放断面，沿断面均匀投放浮标，投放的浮标数目大致与流速仪测流时的测速垂线数目相当。测得移动时间及移动间距，便可计算出水面虚流速.结合断面便可知断面虚流量Qf，再乘以浮标系数Q=Kf*Qf70 主要内容降水观测水位观测流量测验泥沙测验与计算地下水监测水质监测水文调查与水文遥感水文信息处理71 3.5泥沙测验及计算河流中的泥沙按运动形式分类：悬移质、推移质和河床质悬移质悬浮于水中并随之运动推移质受水流冲击沿河底移动或滚动河床质泥沙相对静止而停留在河床上72 测验泥沙的重要意义在河流上修建水库，要考虑泥沙淤积情况来确定水库的使用寿命；河道的整治、堤防的修建、航道的治理，需要研究河流泥沙运动规律；灌溉引水工程需要考虑入渠泥沙量大小和渠道不被冲淤的水力条件；水土保持工程需要研究流域产沙过程等。73 3.5.1悬移质测验与计算两个定量描述指标含沙量：单位体积内所含干沙的质量，用Cs表示，单位kg/m3输沙率：单位时间流过河流某断面的干沙质量，用Qs表示，单位kg/s断面输沙率是通过断面上含沙量测验配合断面流量测量推求的。含沙量断面流量输沙率74 水样的含沙量计算公式：Cs：含沙量，g/L，kg/m3Ws：水样中的干沙重量，g，kgV：水样体积，L，m375 含沙量测验从水流中采取水样测定含沙量。仪器：横式采样器与瓶式采样器积点式：从固定测点取样积深式：取样瓶在测线上由上到下(或上下往返)匀速移动，代表测线的平均情况。76 横向与瓶式采样器77 输沙率测验取样垂线：为了测出含沙量在断面上的变化情况，需在断面上布置适当数量的取样垂线。一般取样垂线数目不少于规范规定流速仪精测法测速垂线数的一半。垂线上测点的分布可采用一点法、二点法、三点法和五点法。78 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后，可用流速加权计算垂线平均含沙量。79 垂线平均含沙量计算(流速加权)五点法垂线平均含沙量三点法垂线平均含沙量80 断面输沙率各垂线平均含沙量Csmj，结合测流计算的部分流量，可得断面输沙率Qs(T/s)断面平均含沙量Cs(g/L，kg/m3)81 单位水样含沙量与单沙断沙关系断面平均含沙量Cs只反映河道当时的含沙量。而工程中往往需要一定时段内的输沙总量及输沙过程。测验很困难！！！怎么办？82 对应关系(单沙与断沙)大量实践发现：当断面比较稳定，主流摆动不大时，断面平均含沙量与断面上某一垂线(或测点)平均含沙量之间有稳定关系。可以通过多次实测资料建立相应关系83 单沙和断沙单沙(单位含沙量)：与断面平均含沙量有稳定关系的断面上有代表性的垂线或测点的含沙量。相应的断面平均含沙量为断沙。单沙：垂线断沙：面以后经常性的泥沙取样工作可只在此选定的垂线上进行。84 单沙与断沙单位含沙量Csu断面平均含沙量Cs单沙与断沙关系建立后就可以只测定单沙便知断沙。节省大量工作量。-10%+10%85 泥沙颗粒分析及级配曲线颗粒分析的目的是为开发利用水沙资源、进行水利和其他有关的工程建设服务，取得泥沙颗粒级配的断面分析和变化过程的资料。常规方法筛分法、粒径计法、移液管法86 筛分法适用于粒径大于0.1mm的泥沙颗粒小于某粒径沙重占总重的百分比。小于某粒径沙重：A总沙重：Wg87 粒径计法属于水分析法，适用于0.01~0.5mm直径依据：不同粒径的泥沙颗粒在静水中具有不同的沉降速度粒径等于或小于0.1mm时，斯托克斯公式：粒径在0.15~1.5mm之间时，冈查洛夫公式88 粒径计法103cm的玻璃管垂直安装在分析架上，从管顶加沙，从管底称量不同历时后下沉的沙重距离已知，可测出速度根据计算公式计算直径根据不同时段内下沉的泥沙重，可推求出泥沙的颗粒级配89 移液管法按照规定的时刻，用一移液管插入量筒中，在规定深度处，抽取20~25cm3的悬液作为试样。由沉降历时与沉降距离的沉速公式推算粒径。从试样的含沙量可以推知全部沙样中，粒径等于及小于d的泥沙的沙重百分比。90 垂线平均颗粒级配沙样按积深法取得时，颗分成果就是垂线平均颗粒级配。沙样按积点法取得时，需用输沙率加权法计算垂线平均颗粒级配。91 断颗与单颗断颗：断面平均颗粒级配单颗：单样颗粒级配可建立单颗与断颗间的关系，通过观测单颗变化过程来推求断颗变化过程。92 3.6地下水监测根据区域地形地貌山丘区平原区一般基岩区岩溶山区黄土丘陵区冲洪积内陆盆地山间黄土台塬荒漠区一级类型二级类型三级类型地下水的基本类型区分类：若干水文地质单元区93 其他依据分类根据地下水开采强度4个：超采区、强开采区、中等开采区和弱开采区根据监测目的3个：基本监测站、统测站、试验站根据监测方式2个：人工监测站和自动监测站94 地下水站网规划原则在地下水类型区划分、开采强度分区和监测站分类的基础上进行。平原区中冲洪积、内陆盆地和山间平原及特殊类型区，为站网规划的重点，应全面布站。山丘区及平原区中的黄土台塬区和荒漠区，根据地下水开发利用情况，选择典型区布设监测站，分别布设基本监测站、统测站和试验站。95 基本监测站布设水位基本监测站应分别沿着平行和垂直于地下水流方向的监测线布设。各类型区、开采强度区的水位基本监测站布设参照图3-4。96 水位基本监测站布设密度97 地下水测验建立随监测、随记载、随整理、随分析的工作制度，各项原始监测数据均应经过记载、校核、复核三道工序。监测数据应及时进行检查和整理，点绘单项和综合监测资料过程线。98 地下水测验国家级水位基本监测站实行自动监测，每日定时采集6次监测数据省级行政区重点水位基本监测站每日监测1次普通水位基本监测站汛期宜每日监测1次，非汛期宜每5日监测1次，水位统测站每年监测3次，试验站的水位监测站，根据试验目的自行确定。99 地下水水位监测监测数值以m为单位，精确到小数点后第二位。每次测量结果应当场核查，发现反常及时补测，保证监测资料真实、准确、完整、可靠。自动监测仪器每月检查、校测1次，误差较大时应校正。100 水量监测水量监测包括开采量和泉流量两项。开采量监测采用水表法、水泵出水量统计法和用水定额调查统计法等。泉流量可采用堰槽法或流速流量仪法。水表、水泵、堰槽、流速流量仪等测具每年检定1次。101 水温监测水温基本监测站的监测频次为每年4次，分别为每年3月、6月、9月、12月的26日8时。水温监测的同时应监测气温及地下水水位，监测气温、气温的测具，最小分度值应不小于0.2C，允许误差为0.2C。102 3.7水质监测水质监测目的：人类不仅需要水量，而且需要水质，故水质监测目的为合理保护、使用和改善水资源，使其不受污染。103 3.7.1水质监测的任务水质监测以江河湖库及地下水等水体和工业废水、生活污水等排放口为对象进行监测，检查水的质量是否符合国家规定的有关水的质量标准，为控制水污染，保护水源提供依据。104 3.7.2水质监测的具体任务提供水体质和量的当前状况数据，判断水的质量是否符合国家制订的质量标准。确定水体污染物的时空分布及其发展、迁移和转化过程。追踪污染物的来源、途径。收集水环境本底及变化趋势数据，累积长期监测资料，为制定和修改水质标准及制定水环境保护的方法提供依据。未受人为直接污染影响的水体质量状况105 水质监测站网及分类水质监测站是定期采集实验室分析水样和对某些水质项目进行现场测定的基本单位，可由若干个水质监测断面组成。根据设站的目的分类：基本站：长期掌握水系水质变化动态，搜集和积累水质基本信息而设.辅助站：为配合基本站进一步掌握污染状况而设.专用站：为某种专门用途而设。背景站(本底站)：为确定水系自然基本底值而设.106 3.7.3地面水采样布点前要调查研究和收集资料，主要收集水文气候、地质、地貌、水体沿岸城市工业分布、污染源和排污情况、水资源的用途及沿岸资源等。采样断面和采样点确定总原则：以最小的断面、测点数，取得科学合理的水质状况信息，即取得有代表性的水样。107 布设采样断面和采样点需考虑在大量废水排入河流的主要居民区、工业区的上、下游。湖泊、水库、河口的主要出入口。河流主流、河口、湖泊水库的代表性位置，如主要的用水地区。主要支流汇入主流、河流或沿海水域的汇合口.108 采样垂线与采样点位置的确定由于水质参数的浓度在水体中为不均匀分布，故在布置时根据纳污口的位置、水流状况、水生物的分布及水质参数特性时来考虑。109 河流上采样垂线的布置在污染物完全混合的河段中，断面上的任一位置，都是理想的采样点；若各水质参数在采样断面上，各点之间有较好的相关关系，可选取一适当的采样点，据此推算出断面上其他点的水质参数值，并由此获得水质参数在断面上的分布数据及断面的平均值.110 湖泊(水库)采样垂线的布置我国SL219-98《水质监测规范》规定111 采样垂线上采样点的布置垂线上水质参数浓度分布决定于水深、水流及水质参数的特性等因素。为避免采集到漂浮的固体和河底沉积物，规定在至少水面以下、河底以上50cm处采样。112 采样时间和采样频率所采试样要具有代表性，并能同时反映出空间和时间上的变化规律。同一江河(湖泊库)应力求同步采样，但不宜在大雨时采样。具体测次应根据不同水体、水情变化和污染情况而定。113 采样准备工作采样容器材质的选择化学稳定性好、可保证水样中各种组成部分不发生变化。抗极端温度性能好，抗震，大小、形状和重量适宜，能严密封口，且容易打开。材料易得，且价格低。容易清洗，并可反复使用。聚乙烯塑料和硼硅玻璃等114 采样器的准备桶、瓶(常用采水器)：采集表层水样急流采水器：流量大、水层深时双瓶溶解气体采水器：具有溶解气体的水样水上交通工具，河流、湖泊、水库等可用小船。最好有专用的监测船和采样船。115 采样方法自来水采集：取前放水数分钟并洗涤采样器河湖水库水的采集：表层可直接放置水面下0.3~0.5m处采样；深层水用抽吸泵，并利用船等行驶至特定地点，切勿搅动沉积层。工业废水和生活污水的采集：瞬时个别水样法、平均水样法、比例组合水样法。所采水样尽量现场测定，否则要采取保证措施。116 水体污染源调查污染源：向水体排放污染物的场所、设备、装置和途径。污染源的分类无机无毒物：酸、碱、一般无机盐、氮、磷等植物营养物质无机有毒物：重金属、砷、氰化物、氟化物有机无毒物：碳水化合物、脂肪、蛋白质有机有毒物：苯酚、多环芳烃、PCB、有机氯农药117 水体污染物调查水体污染物调查：是根据控制污染、改善环境质量的要求，对某一地区水体污染造成的原因进行调查，建立各类污染源档案；在综合分析的基础上选定评价标准，估量并比较各污染源对环境的危害程度及潜在危险，确定该地区的重点控制对象和控制方法的过程。118 水体污染源调查的主要内容水体污染源所在单位周围的环境状况污染源所在单位的生产生活污水量及其所含污染的物质的量污染治理情况污水排水方式和去向以及纳污水体的性状污染危害(对所在单位和社会)污染发展趋势119 水体污染调查方法表格普查法现场调查法:现场勘测、设点采样和分析经验估算法120 3.8水文调查与水文遥感目前收集水文资料的主要途径是定位观测由于定位观测受时间、空间的限制，收集的资料往往不能满足生产需要故需要通过水文调查方式补充这些不足121 水文调查内容包括：流域调查、水量调查、洪水与暴雨调查、其他专项调查四大类主要为洪水调查与暴雨调查122 3.8.1洪水调查对历史上的大洪水，有计划的组织调查；对当年的特大洪水，应及时组织调查；对造成河道决口、水库溃坝等的灾害性洪水，力争在发生时或情况发生较短时间内进行调查。123 洪水调查内容调查洪水痕迹、洪水发生的时间、灾情程度、洪痕高程等了解调查河段的河槽情况了解流域自然地理情况测量调查河段的纵、横断面必要时应在调查河段进行简易地形测量对调查成果进行分析，推算洪水总量、洪峰流量、洪水过程及重现期写调查报告124 洪峰流量计算若调查的洪痕附近有水文站，可先求水文站基本水尺断面的洪水位高程，通过延长该站的水位流量关系曲线，推求洪峰流量。若调查河段无水文站时，可采用比降法计算出洪峰流量或用水面曲线推算洪峰流量。125 比降法计算洪峰流量匀直河段Q洪峰流量；S水面比降；K河段平均输水率；n糙率；A河段平均断面积；R河段平均水力半径126 比降法计算洪峰流量非匀直河段Se能面比降；hf两断面间的摩阻损失；h上下两断面的水面落差；V上、V下为上下两断面的平均流速；L两断面间距；g重力加速度127 比降法计算洪峰流量考虑扩散及弯曲损失时洪峰流量推算a为扩散、弯道损失系数，一般取0.5128 用水面曲线推算洪峰流量当所调查的河段较长且洪痕较少、各河段河底坡降及断面变化、洪水水面曲线比较曲折时，不宜用比降法，可用水面曲线推算。129 用水面曲线推算洪峰流量水面曲线法的原理假定一流量Q，由所估定的各段河道糙率n，自下游一已知的洪水水面点起，向上游逐段推算水面线，然后检查该水面线与各洪痕的符合程度。若大部分符合表示假定正确，否则重新修订Q值再推算水面线直至符合为止。130 暴雨调查以降雨为洪水成因的地区，洪水大小与暴雨大小密切相关，暴雨调查资料对洪水调查成果起旁证作用。暴雨调查的主要内容：暴雨成因、暴雨量、暴雨起讫时间、暴雨变化过程及前期雨量情况、暴雨走向及当时主要风向风力变化等。对历史暴雨的调查，一般通过群众的回忆或与近期发生的某次大暴雨对比，定性分析。也可以通过水缸等器皿承接雨量来定量估计。131 水文遥感遥感特别是航天遥感的发展，使人们能在宇宙空间的高度上，在范围、快速、周期性的探测地球上各种现象及其变化。遥感技术在水文科学领域的应用称为水文遥感.特点：动态遥感、从定性描述发展到定量分析、遥感遥测遥控的综合应用、遥感与地理信息系统相结合。132 水文遥感的应用流域调查：流域范围、面积、覆盖类型、河长、河网密度、河流弯曲度等。水资源调查：水质监测：洪涝灾害的监测：河口、湖泊、水库的泥沙淤积及河床演变，古河道的变迁等。降水量的测定及水情预报等。133 3.9水文信息处理水文信息处理：将各种水文测站测得的原始信息，按科学的方法和统一的格式整理、分析、统计、提炼成为系统、完整、有一定精度的水文信息资料，供水文水资源计算、科学研究和有关国民经济部门应用的过程。134 水文信息处理的工作内容收集校核原始信息；编制实测成果表；确定关系曲线，推求逐时、逐日值；编制逐日表及洪水水文要素摘录表；合理性检查；编制信息处理说明书。135 3.9.1水位流量关系曲线稳定水位流量关系曲线：指在一定条件下水位和流量之间呈单值函数关系，简称单一关系。136 稳定水位流量曲线的确定纵坐标为水位；横坐标为流量。要求：75%以上的中高水位流速仪测流点据与平均关系曲线的偏离不超过±5%；75%以上的低水点或浮标测流点据与平均关系曲线的偏离不超过±8%，且没有明显系统偏离。在同一张图纸上依次点绘水位流量、水位面积、水位流速关系曲线。用同一水位下面积与流速的乘积，校核水位流量关系曲线中的流量，使误差控制在±2%~±3%。与横坐标的夹角控制在45o、60o、60o，且互不相交。137 衢州水文站1972年水位流量关系138 不稳定水位流量曲线的确定不稳定水位流量曲线：测验河段受断面冲淤、洪水涨落、变动回水或其他因素的个别或综合影响，使水位流量间的关系不呈单值函数关系.139 受洪水涨落影响的水位流量关系流量面积流速O流速仪测点浮标测点水位Z-Q落水涨水落水涨水Z-vZ-A140 受冲淤影响的水位流量关系流量O水位淤冲Q淤Q稳Q冲淤后Z-Q稳定的Z-Q冲后Z-Q141 受变动回水影响的水位流量关系142 3.9.2水位流量曲线延长背景：测点测流时，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缺测或漏测。为取得全年完整的流量过程，必须进行高低水时水位流量关系曲线的延长。143 延长内容高水延长的结果，对洪水期流量过程的主要部分有重大影响(包括洪峰流量在内)。高水部分延长幅度一般不应超过当年实测流量所占水位变幅的30%。低水流量虽小，但如延长不当，相对误差可能较大且影响历时较长，延长需慎重。低水部分的延长幅度一般不应超过10%。144 水位面积水位流速关系高水延长适用于河床稳定，水位面积、水位流速关系点集中，曲线趋势明显的测站。高水时的水位面积关系曲线可根据实测大断面资料确定，高水时水位流速关系曲线常趋于常数，可按趋势延长。某一高水位下的流量，便可由该水位的断面面积和流速的乘积确定。145 水位面积水位流速关系高水延长Z-Q流量O水位面积流速Z-AZ-uQ=A*u146 水力学公式高水延长为避免水位面积、水位流速关系高水延长中水位流速顺趋势延长的任意性，可用水力学公式计算出外延部分的流速值来辅助定线。147 曼宁公式外延曼宁公式(计算流速)延长时，(1)用上式计算流速V，(2)用实测大断面资料延长水位面积关系曲线A，从而达到延长水位流量关系的目的。R，河段平均水力半径，一般可用大断面资料求得。S水面比降，n糙率。148 曼宁公式外延流量QO水位Z-Q149 曼宁公式外延S、n已知时，可直接外延(水面比降、糙率)；缺一个时可通过点绘Z-n(或Z-S)关系曲线并延长之，再计算出V；二者都没有时，则将S1/2/n看成一个未知数，由S1/2/n=Q/(AR2/3)关系，结合实测资料的流量、面积、水力半径计算出S1/2/n，点绘Z-S1/2/n曲线，因高水部分S1/2/n接近于常数，即可延长。150 斯蒂文斯法由谢才流速公式导出流量C为谢才系数断面无明显冲淤、水深不大但水面较宽的河槽,可以断面平均水深h代替RK=CS1/2，高水时接近常值。故Q-Ah1/2呈线性关系，据此外延。151 斯蒂文斯法延长高水Z-Q关系152 水位流量曲线的低水延长法断流水位：流量为零时的相应水位。低水延长：一般是以断流水位作控制进行水位流量关系曲线向断流水位方向所作的延长.低水部分水位流量关系：Z0断流水位，n、K为固定指数和系数153 低水延长法在水位流量曲线的中、低水弯曲部分取3个点，使其中一点流量等于另两点流量乘积，求得断流水位：求得断流水位后，以(Z0，0)为控制点，将关系曲线向下延长到当年最低水位即可。154 3.9.3水位流量关系曲线的移用规划设计中，常常遇到设计断面处缺乏实测水位流量关系。需要将邻近水文站的水位流量关系移用到设计断面上。155 移用分情况确定办法当设计断面与水文站相距不远，且两断面间的区间流域面积不大，河段内无明显出流与入流.可在设计断面设立临时水尺，与水文站同步观测水位。用设计断面的水位与水文站断面同时刻水位所得的流量点绘关系曲线，再将高水部分延长，即得设计断面的水位流量曲线。156 移用分情况确定办法设计断面距水文站较远，且区间无入流与出流.采用水位变化中位相相同的水位来移用。157 移用分情况确定办法设计断面的水位观测数据不足时。采用计算水面曲线法来移用。在设计断面和水文站之间选择若干个计算断面，假定若干个流量，分别从水文站基本水尺断面起计算水面曲线，从而求出各个计算流量相对应的设计断面水位。158 3.9.4日平均流量计算及合理性检查逐日平均流量计算：当流量变化平稳时，可用日平均水位在水位流量关系线上推求日平均流量；当一日内流量变化较大时，则用逐时水位推求得逐时流量，再按算术平均法或面积包围法求得日平均流量据此可计算逐月平均流量和年平均流量。159 合理性检查单站检查可用历年水位流量关系对照检查；综合性检查以水量平衡为基础，对上/下游或干支流上的测站与本站整编成果进行对照分析，以提高整编成果的可靠性。本站成果经检查确认无误后才能作为正式资料提供使用。160 3.9.5悬移质输沙率信息处理着重进行单断沙关系的分析。当一日内流量变化不大时，基于单断沙关系曲线，可根据经常观测的单沙成果计算出逐日断面平均含沙量，再与相应的平均流量相乘，即得各日平均输沙率。161 日平均输沙率当一日内流量变化较大时，应先由各测次的单沙推出断沙，乘以相应的断面流量，得出各次的断面输沙率。根据日内输沙率过程求得日输沙总量，再除以一日的秒数，即可得日平均输沙率。将全年逐日平均输沙率之和除以全年的天数，即得年平均输沙率。162 3.9.6地下水信息处理地下水信息处理步骤：考证基本资料审核原始监测资料编制成果图/表编写数据处理说明数据处理成果的审查验收、存储与归档。163 3.9.7水文信息处理成果的刊布水文资料的来源，主要是由国家水文站网按全国统一规定观测的信息进行处理后的资料，即由主管单位分流域、干支流及上下游，每年刊布一次的水文年鉴。1986年陆续实行计算机存贮、检索。164 水文年鉴年鉴中载有：测站分布图，水文站说明表及位置图，各站的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、地下水、降水量、蒸发量等资料.年鉴中仅刊布各水文站的基本资料。年鉴中不刊布专用站和实验站的资料及分析成果，需要时可向有关部门收集。165 作业P703-1166'