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1、水文信息采集与处理,可供大家参考的文献资料,水文是水利、水电及一切与水资源有关的国民经济和社会发展所必需的前期工作的基础，是水利建设的尖兵、防汛抗旱的耳目、水资源管理与保护的哨兵、资源水利的基石，是一项必须适当超前发展的社会公益性事业。,绪 论,一、中国的水文测验历史,(一)降水量观测的发展 中国对降雨的观察，开始得很早。南宋时著作数书九章中说“今州郡都有一天池盆以测雨水”，并叙述有“天池测雨”、“圆筒测雨”的具体计算方法。说明当时或更早已经有了实测雨量的器具，建立了降雨深度的概念。但实测记录没有保存下来。清雍正二年(1724年)，开始记录北京逐日天气和降雨、降雪起迄时间、雨雪大小的定性描述，
2、称晴明风雨录，直至光绪二十九年(1903年)止。,(二)水位观测的发展 公元前251年，秦代李冰父子主持修都江堰，立三石人于水中测量水面高低，是中国观测水位之始。隋朝时开始用木尺桩，水位观测有了显著发展。沿河有一些用石刻形式保留下来的稀遇的洪枯水水位记录。三国时伊水网石壁上有当年洪水所到位置的刻划。唐朝时在涪陵长江江心白鹤梁上，刻有鱼形图案。每逢它露出水面，即刻记最枯水位在鱼形图以下尺寸数。至1949年止，有刻记163段。重庆至宜昌沿长江岩壁上，有1153-1870年间6次特大洪水的最高水位石刻114处。,(三)流量和泥沙测验的发展 中国古代在开始水位观测的同时，对流量也有了初步的认识。在都江
3、堰，对观测水位的石人的说明:“乾毋及足，涨毋及肩，年中水量，以此为度”，其中的“水量”即是流量的概念。中国对泥沙现象的观察可上溯至汉代，汉书河沟志就记载了汉代泾河灌区的民谣:“径水一石，其泥数斗，且溉且粪，长我禾黍”。另说“河水重浊，号为一石水而六斗泥”，清代陈演(1638-1689年)曾有测水法，已可估算流量数据。,二、现代水文测验的工作任务,水文信息采集与处理（水文测验学）是研究水资源中各种水文要素的测量、计算与资料整编的原理和方法的一门科学，即研究水文资料信息的搜集、处理、存贮和检索的一门科学。水文测验的根本任务是根据国民经济发展的需要，进行水文站网的规划，布设水文站；采用定位观测、巡回
4、测验、水文调查等方法测定各种水文要素，包括水位、流量、水温、降水、蒸发、泥沙的观测以及泥沙颗粒分析，水质监测和分析；经分析整编，刊印成为系统的水文资料，如水文年鉴等。,1、汛前准备,精心检查维护各类水文测报设施。各类水文测报设施是水文工作者战胜洪水的武器，精心维护各类水文测报设施，不但是汛前准备的主要内容，还应是水文人常抓不懈的重要工作之一。水尺、桩点校测，水文缆道维护，测验仪器养护，通信设施检查等都是重要的工作内容。,2、汛期工作 首先要全面掌握本流域内雨情、水情特性及测站各种仪器的使用方法。测验工作包含雨量、蒸发、水位、流量、泥沙等一些常规项目，它既是水文测站日常工作之一，测验工作是水文工
5、作的基础。报汛工作包含雨量、水位、流量等。它是水雨情信息的来源，是防汛决策的科学依据，报得准、报得及时是对报汛工作的基本要求。同时报汛工作是水文工作的对外服务窗口，是拓宽水文服务领域的桥梁，它体现水文在防洪决策中的重要作用。,3、汛后整顿 汛后整顿工作的内容覆盖面较广，它既包括测验设施的整改、水毁项目的修复，水文资料的整编也应纳入此段的工作范畴。测验设施的整改主要是针对汛期工作中暴露出来的不适合、不先进的测验设施和测验手段而开展，以求达到减小劳动强度、提高测验精度、测验设施逐步实现现代化的要求。水毁项目的修复主要包括测船的修复、水尺的修复、测验码头的修复等。水文资料的整编是一个重要的工作环节，
6、测验的所有工作都能在整编过程中反映出来。,三、水文测验的工作性质,1.重要性 水文测验从实际调查着手，为防汛抗旱、水利工程建设、水资源开发利用及其他与水有关的建设事业的规划、设计、施工和管理提供具体而准确的重要基础资料。水文测验是一切水文工作的依据。从世界上和历史上看，历代都很重视水文测验。2.挑战性 要求常年在江、河、湖、海等水域的基层测站，按照其规范规定的标准和方法观测和监测各项水文要素的每一个数据，并作系统的整理分析，直至汇编成册、入库。,第一章 水文测站与水文站网,1.1 水文测站,水文测站基本任务 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取信息并进行处理为
7、即时观测信息，这些指定的地点称为水文测站。水文测站最重要的任务是进行水文测验，包括水文观测、流量测验、泥沙测验、水质测验和降水量及蒸发量观测等。另外，“报汛”是水文站在汛期最重要的工作之一。,（2）水文测站的分类1）根据测站的性质,河流水文测站又可分为：基本站、实验站、专用站、和辅助站。基本站：是为综合需要的公用目的，经统一规划设立的水 文测站。水文主管部门为全国各地的水文情况而设立的,是为国民经济各方面的需要服务的。实验站：为深入研究某些专门问题而设立的一个或一组水 文测站。专用站：是为特定目的而设立的水文测站，不具备或不完全 具备基本站的特点。辅助站：为帮助某些基本站正确控制水文情势变化而
8、设立的 一个或一组站点。辅助站是基本站的补充，计算站网 密度时，一般不参加统计。,3）基本流量站的分类按精度分为三类水文站：一类精度站，精度应达到现有测验手段和方法所取得的可能精度，主要任务时收集、探索水文特征值在时间上和沿河长的变化规律上所需要长系列样本和防汛需要资料。一般布设在大河的干流上。二类精度站，精度可按测验条件拟定，任务是收集、探索水文特征值沿河长的变化规律上所需要的具有代表性的系列资料。一般为区域代表站。三类精度站，精度应达到设站任务的要求，任务是收集、探索小河在各种下垫面条件下，产汇流规律、径流变化规律及水文分析计算等所需代表性资料。一般设在有代表性的小河上。,2）基本站的分类
9、 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、流量站(也称水文站)、泥沙站、雨量站、蒸发站、水质站等。,1.2 水文站网规划及调整,（一）水文站网,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水文站网。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。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，达到可以内插流域内任何地点水文要素的特征值，这也就是水文站网
10、的作用。,（二）站网规划的内容,1）进行水文分区2）确定站网密度3）选定布设位置4）拟定设站年限5）各类站网的协调配套6）编制经费预算、制定 实施方案,目的是在分区内布设区域代表站，以满足内插水文特征值。,单位面积上水文测站的站数，是衡量地区发展水平的一个指标。,（三）水文分区,根据地区的气候、水文特征和自然地理条件所划分的不同的区域称为水文分区。高大的山脊，山地到平原的转折，湖泊、沼泽、水网、荒漠的边缘、地质、土壤、植被和地貌形态等发生显著变化的地点，常可作为分区的边界。如果有一定数量的测站和一定实测年限的水文资料时，应以内插水文要素某一精度指标为依据，确定水文分区。,（四）流量站网规划,规
11、划设立的流量站网要求：1）采集设站地点的基本水文资料2）为防洪提供实时水情资料3）插补延长网内短系列资料4）利用空间内插或资料移用技术，提供网内任何地点基本数据,对于天然河道上的流量站，根据控制面积大小及作用，应设立大河控制站、区域代表站和小河站。对于人类活动影响较大的平原地区，应设立平原区水文站和在部分水库处设立水库水文站。,大河控制站：,区域代表站,流量站网规划原则,（五）水位站网规划河流上布设基本水位站的地点有:拟建而尚未建立基本流量站,布设水位站作为过渡性测站;大支流入汇后的干流上；经常发生洪水的、众多支流入汇后的干流上；堤防段需要进行洪水预报的地区；有大量泉水或地下水补给河段的下游；
12、河流纵比降有显著转折处以及较大水工建筑物的上、下游等。,水位站网规划原则,（六）雨量站网规划基本雨量站网的布设具体要求：能控制面雨量的精度，在雨洪区、暴雨区站网应较密，在干旱区、非暴雨区可较稀；雨量站在面上的分布要均匀，且应考虑在不同高度上的分布，尤其是对降水有明显影响的分水岭，要在不同高度上布站；应满足流量站网、蒸发站和地下水站网的配套要求。,（七）蒸发站网规划基本水面蒸发站网的布设具体要求：在面上分布要大致均匀，以满足绘制年蒸发量（部分地区为月总量）等值线图的要求；在蒸发量变化较大的滨海区，蒸发总量较大的干旱区，大型水体较多的湖泊、水库区及大型灌区等应适当加密；在高程起伏变化较大的山区，为
13、保证相邻蒸发站间相对的高程差不致过大，也应适当加密。,（八）泥沙站网规划大河控制站可根据多年平均输沙量的沿程变化，按线的原则布设。即在任何两相邻测站之间，多年平均输沙量的递变率以不小于2040为原则来估计布站数目的上限。下限为干流沿线任何地点，内插年输沙量的误差不超过1015。区域代表站用泥沙多年平均输沙模数的递变来确定。上限为沿多年平均输沙模数的梯度方向，任何两相邻测站之间的输沙模数的递变率以不小于1530为准则。其下限为分区任何地点内插年输沙模数的误差以不超过1520为准则。在条件困难地区，其上限和下限都可以适当放宽。,（九）水质站网规划水质站一般布设在干流控制段，较大支流汇入口，大型或重
14、要水体出入口，入海河流的河口处；河流出入国境的把口处；大中城市附近，工矿企业集中区，大型灌区及风景区；不同地质区，泉水丰富区，地方病发病区和自然资源保护区等。,（十）蓄水工程对水文站网影响指标影响指标ifi/F即流域内所有蓄水工程的集水面积ifi与测站以上集水面积F之比值。ifi/F80%为严重影响,1.3水文测站的设立,(1)测验河段的选择1)测站控制测站控制是对水文站水位与流量关系起控制作用的断面或河段的水力因素的总称.如果测站控制良好,则水文站的水位与流量的关系就稳定;反之.则不稳定.当测站控制作用发生在一个横断面（或极短河段）上称断面控制。当测站控制靠一段河槽的底坡、糙率和断面形状等因
15、素的组合而形成的，称为河槽控制。,断面控制,天然河道中，由于地质和人工原因，造成河段中局部地形突起，使水面曲线发生明显转折，形成临界流，出现临界水深，构成测站断面控制。水力学上，产生临界流处，其佛汝德数等于1，如果临界水深处横断面为矩形断面，流量仅是水位的函数，流量与水位呈单一关系。卡口或急弯是高水时发生控制作用的地形。卡口指河宽急剧束窄的地方，横断面急变形成水面曲线的转折而发生临界流。急弯是由于主流位置的变化，在高水时形成水面纵向坡降的急变，发生临界流。,(2)测验河段的选择,1)测验河段应选择在石坎，急滩、卡口河人工堰坝等容易形成断面控制的上游河段。2）测验河段宜顺直、稳定，水流集中，无分
16、流、岔流、斜流和死水等现象。3）选择测验河段应避开受人为干扰的码头、渡口等。尽量避免容易发生冰坝、冰塞的河段。,3.测验河段的勘测、调查工作内容,1)河流控制情况调查。了解测站控制情况，控制断面位置，顺直河段长度，漫滩宽度和分流串沟等情况。2）河流水情的调查。了解历年最高、最低水位情况，估算最大流量、最小流量；了解变动回水的起源和影响范围、时间，估算变动回水向上游传播的距离；调查沙情、水草生长情况和冰凌情况。3）河床组成，河道的变迁及冲淤情况的调查。4）流域自然地理状况、水利工程和测站工作条件的调查。,4.测验断面的布设,1）基本水尺断面的布设基本水尺断面处，要求水流平顺，两岸水面无横比降，无
17、旋涡、回流和死水。断面应垂直于流向，最好能与测流断面重合。基本水尺断面是反映测站水位高低的断面，它是测站的重要标志。在此断面上，要进行水位的经常观测，并能够方便安装自记水位计和其它设备，一经确定，不得轻易变动。,2）流速仪测流断面的布设流速仪测流断面应选择河岸顺直、等高线走向大致平顺和水流集中的河段中央。最好与基本水尺断面、浮标中断面和比降断面重叠布设，配合使用。测流断面应与流向垂直。当流向偏角超过10度是，应布设新的垂直于流向的断面。但新断面于原断面之间不应有水量加入或流出。,3）浮标法测流断面的布设浮标法测流断面应布设浮标上、中、下断面。浮标测流的中断面宜与流速仪法测流断面和基本水尺断面重
18、合。上、下浮标断面必须平行于浮标中断面并等距。上、下浮标断面间距离的决定主要取决于测速时的记时误差，上、下浮标断面间的测距误差及对测速精度的要求。记时误差为1秒、忽略测距误差及测速误差要求不超过2时，上、下浮标间的距离应不小于50倍的最大断面平均流速。,4）比降断面的布设比降断面一般设置在基本水尺断面的上、下游，设比降上、中、下断面。当断面上水面有明显的横比降时，应在两岸设立水尺观读水位。上、下比降断面的间距，应使水面落差远大于落差的观测误差。5）基线的布设在测验河段进行水位测验时，用经纬仪或六分仪测角交会法推求测验垂线在断面上的位置（起点距）而在岸上布设的线段，称为基线。,5.测流渡河设备,
19、（1）过河索吊船设备,过河索吊船设备，又称吊船缆道。这种设备用于船上测流测沙。测船吊于主索，借主索以稳定和移动测船，它适用于水流较平稳、漂浮物不严重的河流。其优点是能进行多种项目的测验；缺点是仍用测船，测船人员须上船操作。当流速大、风浪大和漂浮物多时，船只不平稳，仍不安全。(2）岸上测流设备岸上测流设备系指水文缆道，我国水文站已普遍使用。水文缆道形式，以过河的跨度分为单跨，多跨两类；按驱动情况分为人力、电力和机动三种；以悬吊特征分为悬索和悬杆缆道。,1）闭口游轮式缆道,闭口游轮式缆道由循环索和起重索两部分绞动。由于有游轮，起重力可节省一半。避免游轮和双索入水增大偏角，游轮和铅鱼之间的悬索长度要
20、根据测洪最大水深确定，因此主索支点要相应提高。闭口游轮式缆道只适用于水位变幅不大和两岸地势较高的测站。,水文缆道主要由承载、驱动和信号传递三大部分组成。承载部分包括：主索、支架和锚碇等设备；驱动部分包括：牵引索、绞车、滑轮和行车等；信号传递部分包括:发射、传播、和接收三部分的信号线路与仪表装置等。此外，还有防雷、防震及其副索拉偏等设备。水文缆道的形式和名称有多种，习惯上以循环索是否闭合分类，可分为闭口式和开口式两大类。,2）开口游轮式缆道,开口游轮式缆道特点：牵引索兼有循环、起重和悬索三种作用。铅鱼和流速仪的升降，通过岸上支架附近的游轮进退来操作，单纯的起重索没了。目前一般测站广泛采用的缆道形
21、式。,3）架空测流设备,架空测流设备主要指缆车、吊桥和便桥等。北方有些河流、漂浮物很多，不宜使用流速仪缆道测站，设置缆车比较合适。对于水位变幅较大的山溪性河流，宜用升降式缆车。其布置是在主索行车架上，悬挂可乘坐测验人员的吊车，车厢可以随时升降，悬吊仪器的悬杆装于车厢外，用这种缆车，即可以测流，又能测沙。当河宽、水深和流速都很小时，采用吊桥或便桥测流较为有利。测站附近有交通桥梁也可以用来进行测流。,小 结,1.水文测站,水文测站基本任务,（2）水文测站的分类,2.水文站网规划及调整,简答题 1测验河段的选择原则。2水位流量关系保持稳定的条件。3基本水尺断面设立要求。4流速仪测流断面设立要求。5水文缆道管理制度有哪几种？,
