水文测验学（第五章）

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1、水文测验 Hydrometry,第五章 水位、流量资料整编 （ Compilation of Water Level and Flow Information ）,内容提纲,资料整编工作内容 水位资料整编 水位流量关系分析 河道流量资料整编,第五章 水位、流量资料整编 （ Compilation of Water Level and Flow Information ）,第一节 资料整编工作内容 （ Compilation of Water Level and Flow Information ）,一、资料整编工作的意义,水位、流量资料整编：将测站测获的水位、流量原始资料，按照科学的方法、统一

2、的格式和规范的标准进行整理、分析，加工成系统、完整、可靠的水文资料。,资料整编工作的意义 水文站实测的水位、流量、泥沙等数据是一种离散的、片断的、不连续的原始水文资料，甚至还夹杂着记录和计算错误。 整编就是检验真伪和加工制作的过程，并且还担负着发现测验问题，提出改进测验意见的任务。,二、整编工作的内容,第一节 资料整编工作内容 （ Compilation of Water Level and Flow Information ）,搜集水位、流量等有关资料。 审核水位、流量原始资料。审核测验、计算方法是否正确。重点应放在洪水时期对不同测算方法，对缺测、插补、改正等资料，应重点检查。 确定整编方法

3、。根据测站特性，选合理的定线，推流方法。 资料合理性检查及编制有关整编说明书。,三、测站考证,第一节 资料整编工作内容 （ Compilation of Water Level and Flow Information ）,（1）测站附近河流情况及断面布设的考证,（2）基面和水准点的考证 （3）测站附近水利工程基本情况的考证,四、资料整编工作要求,第一节 资料整编工作内容 （ Compilation of Water Level and Flow Information ）,（1）严格工序。原始资料都须经过三道工序：初作、一校、二校，才能进行整编。 （2）要全面了解测验情况。遇到矛盾问题，要深

4、入调查研究，认真分析，力求采用的整编推算方法正确合理，符合测站特性等。,一、工作内容,第二节 水位资料整编 （ Compilation of Water Level Information ）,考证水尺零点高程 审核水位原始资料，计算逐日平均水位，编日平均水位表 绘制逐时水位和逐日平均水位过程线 编制洪水水位摘录表及水位资料整编说明书,二、水尺零点高程的考证,第二节 水位资料整编 （ Compilation of Water Level Information ）,水尺零点高程发生变动的主要原因有：引据水准点发生变动；水准测量过程中发生错误；水尺被浮运或船只碰撞。 结合水准点考证结果，分析水尺

5、零点高程变动原因和测量误差情况。如本次校测高程与原用的水尺零点高程相差不超过允许误差，或虽超过但小于10mm时，水尺零点高程仍采用原用高程。否则，应分析水尺变动的原因及日期。,三、原始资料的审核,第二节 水位资料整编 （ Compilation of Water Level Information ）,审核时以水位记载簿为依据，检查每支水尺使用的日期及零点高程是否正确；换读水尺时，两支水尺计算的水位是否衔接；抽检水位计算正确性；审查水位的缺测、插补、改正是否妥当；日平均水位的计算及月、年极值的挑选有无错误等。,当遇到水位缺测而未插补时，整编时应予以插补，其插补方法有以下几种：,（1）直线插补法

6、: 适用情况：当缺测时间内的水位变化平缓，或水位变化虽较大但涨落趋势比较均匀一致时。 方法：用缺测时段两端的水位值按时间比例直线内插出缺测期的水位值。,（2）水位相关插补法 若缺测期间水位变化较大，跨越峰、谷，且当本站水位与邻站水位有相关关系时，可点绘水位关系线，用邻站水位插补本站水位。,（3）水位过程线法： 缺测期间水位起伏变化，上下站区间径流增减不多、水位过程大致相似时，可将本站与邻站的水位绘在同一坐标过程线纸上，缺测期间的水位参照邻近站的水位过程线趋势，勾绘出本站水位过程线，在过程线查读缺测日期的水位。,四、逐日平均水位表的编制,第二节 水位资料整编 （ Compilation of W

7、ater Level Information ）,表内数字符号填写要求,要求： 表内各日平均水位数字，均从审核后的原始记录中抄入。 表下边统计栏中的月、年平均水位，分别等于1月内和1年内日平均水位之和除以相应的日总数得之。 月、年最高、最低水位分别从各月和全年逐日水位中挑选，并注明发生的日期。,保证率水位的挑选,保证率水位：在一年内有多少天数高于或等于某一水位，供航运部门使用。 挑选：保证率水位从逐日平均水位表的日平均水位中挑选，从高向低排列。保证率水位分为：年最高平均水位，第15、30、90、180、270天及年最低日平均水位7个档次。,列表法 将一年中日平均水位从高到低分成若干级，分别统计

8、各月在各级水位中发生的次数，横向合计各级水位的总次数，然后再从中自高到底纵向累计，求出各水位级分界处的发生次数，再判明指定保证率是在哪一水位级中，再从这一水位级中的水位从高到低排列，直到找到所求的保证率水位为止。,日平均水位过程线法 当日平均水位变化平缓，洪峰涨落缓慢的测站，可用此法。挑选时，可在绘制的日平均水位过程线上直接量取，如挑选第90天的保证率水位时，即从高到低，用试错法找一水位，作水平线，使它与水位过程线相交部分的水平长度，恰好等于90天，用同法找出其它保证率水位。,排序法 对日平均水位数值，按照排序算法， 由大到小进行排序，然后根据顺序选取指定的保证率水位。该方法可借助软件Exce

9、l 2003、SPSS 等软件实现。,第三节 水位流量关系 （ The Relationship Between Water Level and Discharge ）,水位-流量关系曲线法就是实测流量与相应水位，按照一定的水力规律定出水位-流量关系曲线； 根据水位过程，在率定的水位-流量关系曲线上，推求流量过程。,一、稳定的水位流量关系（人工渠道、天然河流2种）,第三节 水位流量关系 （ The Relationship Between Water Level and Discharge ）,稳定的水位流量关系用曼宁公式说明,断面流量,水位流量关系稳定（单值关系）的条件： 在同一水位下，河道

10、糙率、断面面积、水力半径、水流比降等因素保持不变；或虽有变动，但能相互补偿。,（一）人工渠道水位-流量关系（单一关系曲线）,（二）天然河流水位流量关系的分析 天然河道一般属宽浅型河道，水面宽远大于水深。分析时可用宽浅人工渠道公式。 1水位面积关系曲线 具有稳定的水位面积关系曲线的测站，应是没有明显冲淤变化的测站，稳定的水位面积关系曲线应为单一曲线。主要有以下类型：,一般河流过水断面的水面宽随水位升高而逐渐增大，关系曲线斜率即水面宽的倒数是逐渐减小的，因此曲线是一条凹向横轴的曲线。单式河槽，河宽渐变增大，曲线下凹。,复式河槽，漫滩水位处，河宽突变，曲线下凹。,矩形断面或U型断面，高水时，河宽接近

11、常数，曲线近似直线。,上窄下宽断面，河宽随水位升高变小，曲线出现反曲。,2、水位-流速关系曲线,一般情况下，水位-流速关系曲线是一条渐增的凹向纵轴 并以平行纵轴的某一直线为渐近线的曲线。,断面出现漫滩时，由于漫滩处过水断面发生突变，断面平均流速的变化不连续，从而使水位流速关系曲线发生转折。,断面发生在深潭处，因断流水位下有死水面积，当水位从断流水位处上涨时，断面平均流速比无深潭时减小很多，使断流水位以上至某一水位线范围，曲线反曲且偏小。,3、水位-流量关系曲线,一般情况下，水位-流量关系线是一条渐增加且凹向函数Q一边 的曲线。当断面出现漫滩或深潭时，曲线出现反曲和转折。,二、不稳定的水位流量关

12、系,天然河流水位-流量关系线特征： 多数情况下呈现不稳定形态，具体曲线形态随着水力因素的不同而异。在同一水位下，将有多个流量值与之对应。 影响因素： 洪水涨落、冲淤变化、变动回水、冰凌等。,受洪水涨落影响的水位-流量关系,受洪水涨落的影响指断面没有其他因素影响时，同一水位下实测流量将随着附加比降的变化而变化。,只受洪水涨落影响的各曲线特征： 水位-面积曲线是单一型。 水位-流量和水位-流速关系一致，偏大都偏大，偏小都偏小。 在一次洪水涨落过程中，依照时间序列连接各实测点，水位流量、水位流速关系曲线为一个逆时针绳套曲线。,三、不稳定的水位流量关系曲线确定方法,（1）临时曲线法 若水位流量关系受不

13、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ZQ曲线，称为临时曲线法。,（2）连时序法： 当测流次数较多，能控制水位流量关系变化的转折点时，一般多用连时序法。（水位流量受多因素的影响）,第四节 河道流量资料整编 （ Compilation of River Discharge Data）,一、河道流量资料整编内容,编制实测流量成果表和实测大断面成果表； 绘制水位流量、水位面积、水位流速关系曲线； 水位流量关系曲线分析和检验； 整编逐日平均流量表及洪水水文要素摘录表； 绘制逐时或逐日平均流量过程线； 编制河道流量资料整编说明表。,二、突

14、出点的检查分析,第四节 河道流量资料整编 （ Compilation of River Discharge Data）,突出点水位流量关系线中，一些比较突出反常的点。 分析突出点的意义 它是决定水位流量关系曲线和认识测站特性的重要步骤。,突出点的检查分析方法： 通过水位流量、水位面积、水位流速三条关系曲线，根据三条关系曲线的一般性质，结合本站特性、测验情况，从线型、曲度、点据分布带的宽度等方面，去研究分析三条关系线的相互关系，检查偏离原因。 通过与本站水位和流量过程线对照，去检查分析，发现问题。 通过与历年水位流量关系曲线比较，如果趋势不一致，可能因突出点造成定线不当所致。,原因检查： 突出点

15、的产生原因：人为错误；特殊水情变化。 检查突出点步骤 先从点绘着手，检查是否点错；如点绘不错，再仔细复核原始记录； 检查计算方法和计算过程有无错误； 若点绘与计算都没有错误，再从测验及特殊水情方面找原因。,水位方面的原因 水准点高程错误、水尺校测或计算错误；水位观测或计算错误。 例：六股河某站历年水位流量关系曲线为单一线。本年水位流量关系曲线，与历年曲线不一致。 原因检查：查本站水位观测记录本，发现58测次以前在P2水尺上读水位，59测次后在P1水尺读数，导致关系各成系统。,断面测量方面的原因 当测深垂线过少或分布不均，陡岸边或断面形状转折处未测水深时，可使面积偏大或偏小；断面与流向不垂直，或

16、测深悬索偏角太大，未加改正，使面积偏大；测船不在断面线上，所测垂线水深可能偏大或偏小。,例：本站冲刷淤积的规律是：涨水冲刷、落水也冲刷，落水到一定程度后淤积。 水位流量关系图显示：104次至105次涨水冲刷，105次至106次落实淤积，106次至107次又冲刷，107次到108次淤积。 图的显示与测站特性不符合。 经了解原因是：洪水期105次用悬索悬吊铅鱼测深，因偏角大而未改正所致。,流速测量方面的原因 测验仪器问题及测验方法不当。 用流速仪测流时，流速超过仪器性能范围或因未及时检定，而使流速产生较大误差； 测速垂线和测点过少或分布不当，测速历时过短，可使流速偏大或偏小； 测船不在断面线上，流

17、速仪悬索偏角太大及水草、漂浮物、冰花冰塞、风向风力等的影响。,对突出点的处理： 突出点是由于水力因素变化或特殊水情所造成，则应作为可靠资料看待，必要时可说明其情况。 突出点为测验错误所造成，能够改正的应予改正，无法改正的，可以舍弃。但除计算错误外，都要说明改正的根据或舍弃的原因。 暂时检查不出突出点的反常原因，可作为可疑资料，有待继续调查研究分析，并予适当处理和说明。,对突出点处理应注意的事项： 避免采取主观片面和消极草率的做法。对突出点不作具体分析，不深入调查，草率地认为是测验误差，不研究能否改正就舍弃。,三、水位流量关系曲线的高低水延长,第四节 河道流量资料整编 （ Compilation

18、 of River Discharge Data）,原因： 在某些困难条件下 ，由于测验条件的限制或某些不可抗御的自然因素，往往出现漏测或缺测。 如：高水时因洪水涨落过快，历时较短，水情险恶，漂浮物多，或受地震、雷击等影响，使测验工作难以实施；低水时因受测验条件或仪器性能的制约，也可能缺测枯水流量。 在此情况下，就需要将水位流量关系曲线向高、低水部分延长。,在水利水电工程规划设计中，用于推求历史洪水洪峰，进一步推求设计洪峰流量。关系曲线的延长和流量插补还常用于推求历史枯水，枯水期虽流量不大，但因历时较长，对确定电站的装机容量或渠道的灌溉引水量等都有直接影响。,延长或插补的要求 高水外延幅度不超

19、过当年实测水位变幅的30 低水外延不超过10,水位流量关系曲线的高水延长,高水延长的主要依据实测大断面资料。 在断面无严重冲淤变化时，一般可用水位面积、水位流速关系曲线法和水力学公式法等延长。 历年水位流量关系较稳定时，可参考邻近年份的曲线趋势延长。有历史洪水调查资料时，也可用作延长曲线的参考。 断面变化剧烈，峰前峰后实测大断面不能代表高水断面而延长困难时，则需借用上下游测站的高水实测流量资料来 延长。,水位流量关系曲线的低水延长,低水延长关键是确定断流水位，确定了断流水位以后，以断流水位的流量为0控制，从上向下延长水位-流量曲线。,四、流量资料合理性检查,第四节 河道流量资料整编 （ Com

20、pilation of River Discharge Data）,通过分析各种水文要素的时空分布规律，进一步论证整编成果的合理性。检查方法：单站检查、综合性检查两类。 单站合理性检查 历年水位流量关系曲线的对照 适用测站控制好，历年水位流量关系曲线为单一线的测站。 流量、水位过程线对照 各种情况均适用,综合性检查 上下游洪峰流量过程线及洪水总量对照检查 检查洪水的上下游流量过程是否相应，洪峰流量沿河长的变化规律及其时间是否相应，在考虑到区间来水与河槽调蓄作用等因素后，检查一次洪水的总量量是否基本平衡。 上下游日平均流量过程线对照检查检查上下游流量过程是否相应 上下游月、年平均流量对照检查检查

21、上下游水量是否平衡 上下游月、年最大最小、流量对照检检查上下游数据有无矛盾 水库水量平衡检查检查水库上、下游水量是否平衡,第四节 河道流量资料整编 （ Compilation of River Discharge Data）,五、流量资料统计和洪水水文要素摘录,流量资料统计：日平均流量计算，日平均流量表编制 日平均流量计算 1.用瞬时水位推求日平均流量 先用瞬时水位查水位流量关系，再计算日平均流量 （1）面积包围法 适用于洪水期或水位不等时距观测情况。 （2）算术平均法 适用于流量变化不大期间或水位等时距观测情况。,洪水水文要素摘录 洪水水文要素摘录就是把测站汛期内的主要水文 要素（水位、流量、含沙量）资料及其变化完整的摘 录，编入洪水水文要素摘录表。,课程小结,掌握水位资料的整编 掌握水位流量关系特征 掌握河道流量资料的整编,思考题与作业,1、天然河流稳定的水位流量关系特征？ 2、水位、流量资料整编工作内容？,