水文测验学（第二节）

1、水文测验 Hydrometry,第二章 水位观测 （ Water Level Observation）,内容提纲,水位观测作用及影响因素 水位观测设备 日平均水位计算,第二章 水位观测 （ Water Level Observation）,第一节 水位观测作用及影响因素 （ Water Level Observation and Its Influencing Factors ）,水位是反映水体、水流变化的重要标志。 水位观测可直接用于水文预报。 通过水位推求流量及其变化过程。 利用水位还可推求水面比降和江河湖库的蓄水量。,一、水位观测作用,二、影响水位变化的因素,第一节 水位观测作用及影响因

2、素 （ Water Level Observation and Its Influencing Factors ）,水位的变化主要取决于水体自身水量的变化和约束水体条件的改变。,水体自身水量的变化：江河、渠道的来水量和引出量、蒸发、泄露等的出水量。,约束水体条件：河道的冲淤、水库和湖泊的淤积；河道内水生植物的生长、死亡；堤防的溃决、洪水的分洪。,冲刷-淤积,三、基面与水准点,第一节 水位观测作用及影响因素 （ Water Level Observation and Its Influencing Factors ）,基面：作为水位高程起算零点的固定基准面。 水文测验中采用的基面有四种： 绝对基

3、面、测站基面、假定基面、冻结基面,绝对基面 以某一海滨地点的特征海水面为水准基面，这个特征海水面的高程定为0.000m。目前我国使用的基面有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。 假定基面 水文测站附近没有国家水准点时，暂时假定的一个水准基本面，作为本站水位和高程起算零点的基准面。（暂时使用，以后有接测条件时，可更改为绝对基面）,测站基面（属于假定基面） 对于通航的河道，基面一般选在河库最低点以下0.51.0m处；对于水深较大的河流，基面一般选择在历年最低水位以下0.51.0m处。（可以长期使用，也可以更改） 冻结基面 将测站第一次使用的基面固定下来，作为冻结基面。,思考,不同基面的关

4、系？,第二节 水位的观测设备 （ Water Level Observation Equipment ）,水位观测设备有直接观测设备和间接观测设备。 直接观测设备：水尺（传统式，人工读取） 间接观测设备：自记水位计（感应-传感-记录）,第二节 水位的观测设备 （ Water Level Observation Equipment ）,一、水位的直接观测设备,（一）水尺的种类 按水尺的构造分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式。 水位=水尺读数+水尺零点高程,直立式水尺 由水尺靠桩和水尺板组成。 沿水位观测断面设置一组水尺 水尺靠桩要求牢固，打入河底 水尺板通常长1m，宽8-10cm 水尺刻度1cm

5、，误差不大于0.5mm 相邻水尺之间的水位要有一定的重合，重合范围要求0.1-0.2m,倾斜式水尺 条件：当测验河段内岸边有规则平整的斜坡时，可在岩石或水工建筑物的斜面上，直接涂绘水尺刻度。 优点：耐久，不易冲毁，零点高程不易变动 缺点：水尺刻度容易被淤泥覆盖,矮桩式水尺 条件：受航运、流冰影响严重，不宜设立直立式和倾斜式水尺的测站。 组成：矮桩和测尺。 读数：矮桩入土，桩顶高出河床线5-20cm,读数时将测尺垂直放于桩顶，水位=测尺读数+桩顶高程 悬锤式水尺 由一条带有重锤的绳或链构成的水尺。 适用条件：坚固的陡岸、桥梁或地下水位。 水位测量方法：从水面以上某一已知高程的固定点测量离水面的竖

6、直高差来计算。,（二）水尺的布置和零点高程测量 水尺布设范围：高于测站历年最高、低于测站历年最低水位0.5m； 同一组基本水尺，应设置在同一断面线上； 水尺设立后，应立即测定其零点高程。,二、水位的间接观测设备,间接观测设备主要由感应器、传感器和记录装置3部分组成。 按感应方式可分为浮子式、水压式、超声波式,浮子式水位计,原理：利用水面的浮子随水面一同升降，并将它的运动通过比例轮传递给记录装置。 组成： 水位感应部件（感应水位的高低）；传动部件（将浮子感应的水位变化传递给记录部件）；记录部件（记录水位随时间的变化，有模拟画线和数字记录2种。）,使用浮子式水位计观测水位，需要建造水位计台，以便安

7、装传感设备。,水压式水位计,通过测量水体的静水压力，实现水位测量的仪器。 使用方法：将压力传感器或压力变换器直接投入水下测点感应静水压力的水位。,水压式水位计构造框架,超声波式水位计,一种将声学和电子技术相结合的水位测量仪器。一般由换能器、超声发收控制部分、数据显示记录部分和电源组成。,原理:当超声波在空气中传播到水面后被反射，仪器测得声波往返于传感器到水面之间的时间，根据超声波在空气中传播速度计算距离。,第三节 水位观测与日平均水位计算 （ Water Level Observation and Calculation of Daily Mean Water Level ）,一、水位观测,（

8、一）用水尺观测水位的基本要求： 水位观测的次数能完整地控制水位涨落的变化过程。每日8时为基本定时观测时间；水位有缓慢变化时，每日8时、20时观测2次；当水位变化较大，每日2时、8时、14时、20时观测4次；在洪水期，应加密观测次数，可每1-6小时观测一次。,水位的观测精度应满足使用要求。在一般水位观测中，水尺读数和水位值应准确0.01m。当上、下比降断面水位差小于0.20m时 ，应准确测记至0.005m。时间记录至分。,附属项目观测根据观测对象的特点，必要时，应将风力、风向、水面起伏度、流向以及漫滩、分流、决口、临时堤坝、闸门启闭情况、回水、河干断流、冰情等作为附属项目，进行简要的观测和记载，

9、以供分析和资料整编时查证。,水尺水位观读的主要误差来源： （1）观测员视线与水面不平行时所产生的折光影响。 （2）波浪影响。 （3）水尺附近停靠船只或有其它障碍物的阻水、壅水影响。 （4）时钟不准。 （5）在风浪、回流等影响下，观察时间过短，读数缺乏代表性。,（二）用水位计观测水位的基本要求： 更换记录纸要求在安装自记水位计之前或换记录纸时，应检查感应装置的灵敏性和走时机构的正常性。电源要充足，记录笔、墨水应适度。换纸后，应上紧自记钟，将自记笔尖调整到当时的准确时间和水位坐标上。,水位急剧变化时要求自记水位计应按记录周期定时换纸，并应注明换纸时间与校核水位。当换纸时恰逢水位急剧变化或高、低潮时

10、，可适当延迟换纸时间。 校测和检查对自记水位计应定时进行校测和检查。资料用于潮汐预报的潮水位站应每日8时、20时校测两次；当一日内水位变化较大时，应根据水位变化情况增加校测次数。,二、日平均水位计算,第三节 水位观测与日平均水位计算 （ Water Level Observation and Calculation of Daily Mean Water Level ）,水位观测结果除需要挑选最高水位和最低水位，还需要计算平均水位（日、旬、月和年）。 日平均水位：指在某一水位观测点1日内水位的平均值。,日平均水位的计算方法： （1）如果水位变化缓慢，或虽变化较大但系等时距观测，可采用算术平均法

11、。 （2）若一日内水位变化剧烈且不是等时距观测，则采用面积包围法。,面积包围法,含义：一日水位过程线与时间轴包围的面积除24h 共 个水位， 个面积，总面积 除24h为 从中括号中提出1/2得 式中 为0时和24时的水位，若未观测，则应利用前一日及后一日观测的相邻水位直线内插法求出。,代表一个梯形面积,算术平均法,当1日内水位变化不大，或虽变化较大但系等时距观测或摘录时，可用算术平均法计算水位。其计算公式为：,n日观测水位的次数,适用条件（当水位直线上升或下降时，与面积包围法相比误差控制在1cm时）： 水位变幅不超过0.12m时，计算水位只用8时、20时两次水位即可； 水位变幅0.12-0.24m时，计算水位需要2时、8时、14时、20时四次水位； 水位变幅0.24-0.48m时，计算水位需要2时、 5时、 8时、 11时、 14时、17时、 20时、 23时八次水位； 水位变幅小于0.06m时，可用8时1次水位代替日平均水位,课堂练习,已知某水位观测断面2016年7月5日8时至7日20时的的水位观测数据，请计算6日的平均水位（面积包围法）。,课程小结,理解水位观测在水文工作中的重要作用 了解水位观测常用的设备 掌握日平均水位计算,1、水尺有那些主要类型？布设的要求是什么？ 2、计算日平均水位主要有哪些方法？ 3、完成课堂计算,思考题与作业,