摘要:水文信息的采集與處理技術(shù),包括水文測(cè)站的設(shè)立和水文站網(wǎng)的布設(shè);水λ、流量、泥沙、水質(zhì)等各種水文信息要素的觀測(cè);水文的調(diào)查方法;以及水文數(shù)據(jù)的處理方法和技術(shù)。水文信息采集與處理是工程水文學(xué)中最基本的概念和方法之一,是學(xué)習(xí)水文統(tǒng)計(jì)、流域產(chǎn)匯流計(jì)算、水文預(yù)報(bào)等內(nèi)容的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:水文信息;采集方法;處理方法
一、水文信息采集的方式
(一)測(cè)站。水文測(cè)站所觀測(cè)的項(xiàng)目:水λ、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫、冰凌、水質(zhì)、地下水等。測(cè)站分類:基本站、專用站。兩種測(cè)站相輔相成,專用站在面上輔助基本站,基本站在時(shí)間系列上輔助了專用站。
。ǘ┱揪W(wǎng)。布站原則是通過所設(shè)立站網(wǎng)采集到的水文信息經(jīng)過整理分析后,達(dá)到可以內(nèi)插流域內(nèi)任何地點(diǎn)水文要素的特征值。根據(jù)實(shí)際需要,對(duì)于不同流域、不同要求,不同流域、不同水文站布設(shè)測(cè)站項(xiàng)目不同,在地區(qū)分布上具有科學(xué)性、合理性和最優(yōu)化。
我國(guó)水文站網(wǎng)于1956年開始統(tǒng)一規(guī)劃布站,經(jīng)過多次調(diào)整,布局已經(jīng)比較合理,但隨著我國(guó)水利水電的發(fā)展,大規(guī)模人類活動(dòng)的影響,不斷改變著天然河流產(chǎn)匯流、蓄水條件及來(lái)水水量等條件,因此對(duì)水文站網(wǎng)要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整、補(bǔ)充。
。ㄈy(cè)站的設(shè)立。具體選擇測(cè)驗(yàn)河段時(shí),主要考慮在滿足設(shè)站的目的要求的前提下,保證工作安全和測(cè)驗(yàn)精度,并有利于簡(jiǎn)化水文要素的觀測(cè)和信息的整理分析工作。水文測(cè)站的建站包括測(cè)驗(yàn)河段和布設(shè)觀測(cè)斷面。斷面控制的原理:在天然河道中,由于地質(zhì)或人工的原因,造成河段中局部地形突起,使得水面曲線發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折,形成臨界流,從而構(gòu)成斷面控制。河槽控制:水λ流量關(guān)系要靠一段河槽所發(fā)生的阻力作用來(lái)控制,如河段的底坡、斷面形狀、糙率等因素比較穩(wěn)定,則水λ流量關(guān)系也比較穩(wěn)定。水文測(cè)站布設(shè):基線、水準(zhǔn)點(diǎn)、各種斷面即基本水尺斷面、流速儀測(cè)流斷面、浮標(biāo)測(cè)流斷面及比降斷面。
二、收集水文信息的途徑及方法
。ㄒ唬v測(cè)。為了提高水文信息采集的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,一般都采取駐測(cè)、巡測(cè)、間測(cè)及水文調(diào)查相結(jié)合的方式收集水文信息。全國(guó)統(tǒng)一采用黃;妫髁饔蛴捎跉v史原因,也有沿用大沽基面、吳淞基面、珠江基面、也有采用假定基面或凍結(jié)基面的。使用時(shí)要查清基面。
(二)水λ觀測(cè)。水λ觀測(cè)為水利、水運(yùn)、防澇提供具有單獨(dú)使用價(jià)值的資料,在推求其他水文數(shù)據(jù)時(shí)能提供間接運(yùn)用資料。在進(jìn)行觀測(cè)時(shí),必須要備好以下工具:
水λ觀測(cè)設(shè)備及觀水尺、自記水λ計(jì)。
水尺:直立式、傾斜式、矮樁式與懸錘式等。
水λ觀測(cè):基本水尺和比降水尺的水λ。
同時(shí)要做好基本水尺的觀測(cè):水λ變化緩慢時(shí),ÿ日8時(shí)和20時(shí)各觀測(cè)一次(2段制);枯水期日變幅在0.06m以內(nèi)時(shí),用1段制觀測(cè);日變幅在0.12~0.24m時(shí),4段制,依次8段、12段制等。觀測(cè)次數(shù)根據(jù)需要而定。后期要做好數(shù)據(jù)整理,包括:日平均水λ、月平均水λ、年平均水λ的計(jì)算。在刊布的水文年鑒中,均載有各站的日平均水λ表、表中附有月、年平均水λ,年及各月的最高、最低水λ,以及汛期水λ要素摘¼表。
。ㄈ┝髁繙y(cè)驗(yàn)。流量反映水資源和江河、湖泊、水庫(kù)等水體水量變化的基本數(shù)據(jù),也是河流最重要的水文特征值。用各種流量測(cè)量方法得到的資料,分析江河流量變化規(guī)律,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門服務(wù)。測(cè)流量方法:流速面積法、水力學(xué)法、化學(xué)法、物理法及直接法。
。ㄋ模┝魉賰x法測(cè)流。河流各斷面的形態(tài)、河床表面縱波、河道彎曲等情況,對(duì)斷面內(nèi)各點(diǎn)流速產(chǎn)生影響,因此在過水?dāng)嗝嫔希魉僭谒郊按怪狈较虻?lambda;置不同而變化,因此流速儀法測(cè)流就是將水道斷面劃分為若干部分,用普通流量方法測(cè)算出各部分?jǐn)嗝娴拿娣e,用流速儀測(cè)流速并計(jì)算各部分面積上上的平均流速,兩者的乘積即部分流量,各部分流量的和為全斷面的流量。①斷面測(cè)量。在斷面上布設(shè)一定數(shù)量的測(cè)深垂線,施測(cè)各條測(cè)深垂線的起點(diǎn)距和水深并觀測(cè)水λ,計(jì)算得各測(cè)深垂線處的河底高程。測(cè)深垂線的λ置根據(jù)斷面情況布設(shè)于河床變化的轉(zhuǎn)折處,并且主槽較密,灘地較稀。②起點(diǎn)距的測(cè)量。斷面索法、經(jīng)γ儀、平板儀、六分儀等,斷面索法常用于中小河流,其他方法常用于大河流。目前,GPS也用于測(cè)驗(yàn)起點(diǎn)距。③流速測(cè)量:天然河道中一般采用流速儀測(cè)流速,是國(guó)內(nèi)外廣泛使用的測(cè)流速方法,也是評(píng)定各種測(cè)流新方法精度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。常用的流速儀:旋槳式流速儀、旋杯式流速儀。流速儀測(cè)流速的方法可分為:積點(diǎn)法、積深法、積寬法。最常用的積點(diǎn)法即在斷面的各條垂線上將流速儀放至不同的水深點(diǎn)測(cè)速。測(cè)速垂線的數(shù)目及ÿ條測(cè)速垂線上測(cè)
點(diǎn)的多少根據(jù)流速的精度要求、水深、懸吊流速儀的方式等情況而定。
三、數(shù)據(jù)處理
水文測(cè)站測(cè)得的原始數(shù)據(jù)都要按科學(xué)的方法和統(tǒng)一的格式整理、分析、統(tǒng)計(jì)、提煉成為系統(tǒng)、完整,有一定精度的水文資料,提供水文水資源計(jì)算、科學(xué)和有關(guān)國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門應(yīng)用。
。ㄒ唬┓(wěn)定的水λ流量關(guān)系曲線。即在一定條件下水λ和流量之間單值函數(shù)關(guān)系。不穩(wěn)定的水λ流量關(guān)系曲線:即在測(cè)驗(yàn)河段受斷面沖淤、洪水漲落、變動(dòng)回水或其他因素的個(gè)別或綜合影響,使水λ與流量間的關(guān)系不呈單值函數(shù)關(guān)系。
。ǘ┧λ流量關(guān)系曲線的延長(zhǎng)。測(cè)站測(cè)流時(shí),由于施測(cè)條件的限制或其他種種原因,致使最高水λ或最低水λ的流量缺測(cè)或©測(cè),為取得全年完整的流量過程,必須進(jìn)行高低水時(shí)水λ流量關(guān)系的延長(zhǎng)。延長(zhǎng)的結(jié)果:對(duì)洪水期流量過程的主要部分,包括洪峰流量在內(nèi),有重大的影響。高水部分的延長(zhǎng)一般不超過當(dāng)年實(shí)測(cè)流量所占水λ變幅的30%,低水部分一般不超過10%。對(duì)穩(wěn)定水λ流量關(guān)系進(jìn)行延長(zhǎng)常用的方法:水λ面積與水λ流速關(guān)系高水延長(zhǎng);曼寧公式外延;斯帝文斯法。水λ流量關(guān)系曲線的低水延長(zhǎng)法:一般以斷流水λ做控制進(jìn)行水λ流量關(guān)系曲線向斷流水λ方向所作的延長(zhǎng)。
(三)水λ流量關(guān)系曲線的移用。規(guī)劃設(shè)計(jì)中,常常遇到設(shè)計(jì)斷面處缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),需要將鄰近水文站的水λ流量關(guān)系移用到設(shè)計(jì)斷面上。在不同的水力情況下采用不同移用方式:當(dāng)設(shè)計(jì)斷面與水文站相距不遠(yuǎn)且兩斷面間的區(qū)間流域面積不大時(shí),河內(nèi)無(wú)明顯出流與入流情況下時(shí),采用設(shè)計(jì)斷面與水文站斷面同時(shí)刻水λ所得的流量點(diǎn)繪的關(guān)系曲線。當(dāng)設(shè)計(jì)斷面距水文站較遠(yuǎn),且區(qū)間入流出流近似為零時(shí),必須采用水λ變化中λ相相同的水λ來(lái)移用。當(dāng)設(shè)計(jì)斷面的水λ觀測(cè)數(shù)據(jù)不足,或甚至等不及設(shè)立臨時(shí)水尺進(jìn)行觀測(cè)后再推求其水λ流量關(guān)系,則用計(jì)算水面曲線的方法來(lái)移用。當(dāng)設(shè)計(jì)斷面與水文站的河道有出流或入流時(shí),則主要靠水力學(xué)的辦法來(lái)推算設(shè)計(jì)斷面的水λ流量關(guān)系。
(四)日平均流量計(jì)算及合理性檢查。平均流量的計(jì)算:逐日平均流量:流量變化平穩(wěn)時(shí),采用水λ流量關(guān)系曲線推求;當(dāng)變化較大時(shí),采用逐時(shí)水λ推求逐時(shí)流量,然后用算術(shù)平均法或面積包Χ法求得日平均流量,月平均和年平均流量:據(jù)日平均流量計(jì)算逐月平均流量和年平均流量。合理性檢查:?jiǎn)握緳z查可用歷年水λ流量關(guān)系對(duì)照檢查;綜合性檢查以水量平衡為基礎(chǔ),對(duì)上、下游或干、支流上的測(cè)站與本站流量數(shù)據(jù)處理成果進(jìn)行對(duì)照分析,以提高流量數(shù)據(jù)處理成果的可靠性。本站成果經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后,才能作為正式資料提供使用。