首页 > 湖南水文 > 水文科普 > 水文知识

水文业务知识资料--流量测验

湖南水文 发布时间:2015-01-02 【字体:


4.1 流量测验的目的是要取得天然河流以及水利工程地区河道经过调节控制后的各种径流资料,掌握全河水量的时空分布情况,为流域水利规划、防汛抗旱、水利工程管理运用和国民经济建设提供可靠的依据。流量测验的任务就是建立水位流量关系。按工作原理流量测验方法可分成:面积—流速法、水力学法、化学法和物理法。

  4.2 测站一年中测流次数,应根据高、中、低各级水位的水流特性、测站控制和测验精度要求,掌握各个时期的水情变化,合理分布于各级水位和水情变化过程的转折点处。水位流量关系稳定的测站测次,每年不少于15次。水位流量关系不稳定的应满足推算出逐日流量和各项特征值的要求。当发生洪水、枯水超出历年实测流量的水位时,应对超出部分增加测次。

  4.3 集水面积小于10000km2的各类精度水文站,有10年以上资料证明实测流量的水位变幅已控制历年水位变幅80%以上,历年水位流量关系为单一线,并符合以下条件之一者,可实行间测:每年的水位流量关系曲线与历年综合曲线之间的最大偏离值不超过允许误差范围者各相邻年份的曲线之间的最大偏离不超过允许误差范围者,可停一年测一年在年水位变幅的部分范围内,当水位流量关系是单一线并符合第一条规定时,可在部分水位级内实行间测。水位流量关系呈复式绳套,经单值化处理可达到第一、二条规定者在枯水期,流量变化不大,枯水径流总量占年径流总量的5%以内,且对这一时期不需要施测流量过程,经根据多年资料分析证明,月径流与前期径流量或降水量能建立关系并达到规定精度者。


  4.4 集水面积小于10000km2的各类精度水文站,符合以下条件之一者,可实行巡测:水位流量关系呈单一线,流量定线可达到规定精度,并不需要施测洪峰流量和洪水流量过程者实行间测的站,在停测期间实行间测者枯水、冰期水位流量关系比较稳定或流量变化平缓,采用巡测资料推算流量,年径流误差在允许范围以内者枯水期采用定期测流者水位流量关系不呈单一线的测站,当距离巡测基地较近,交通通讯方便,能按水情变化及时施测流量者。

  4.5 流量测验的工作内容包括:准备工作(测具检查、水情、测次了解)水位观测水道断面测量流速测量现场检查(逐点对照水深、流速的横向分布)计算整理。

  4.6









    4.7
流速仪主要种类有:转子式(旋杯、旋桨、旋叶)、超声波、电磁、光学、电波式。流速仪法测流的适用条件:断面内大多数测点的流速不超过流速仪的测速范围,在特殊情况下超出了适用范围应在资料中说明,当高速超出仪器范围30%时,应在使用后将仪器封存,重新检定。垂线水深不应小于流速仪用一点法测速的必要水深在一次测流起迄时间内,水位涨落差不应大于平均水深的10%,水深较小而涨落急剧的河流不应大于平均水深的20%流经测流断面的漂浮物不致频繁影响流速仪的正常运转。

  4.8流速仪法测流符合的要求:观测基本水尺水位,当测流断面内另设辅助水尺时,应同时观测,要求观测比降的测站,应同时观测比降水位。施测水道断面在各测速垂线上应测量各点的流速,必要时应测量流向偏角应观测天气现象及附近河流情况应计算、检查和分析测验数据及计算结果。使用缆道测流的测站,在缆道正式使用前应进行比测率定并符合以下规定:流量比测;率定的随机不确定度应不超过5%,系统误差应控制在1%以内。

  4.9 测速垂线布设原则:宜均匀分布并能控制断面地形和流速沿河宽分布的主要转折点,无大割大补,主槽垂线较河滩为密。对测流断面大于纵流量1%的独股水流、串沟,应布设垂线。随水位级的不同,断面形状或流速的横向分布有较明显变化的,可分水位级分别布设测速垂线。发生以下情况时应对测速垂线进行调整和补充:水位涨落或河岸冲淤使靠岸边的垂线离岸边太远或太近断面上出现死水、回流,需要确定死水、回流边界或回流量河底地形或测点流速沿河宽分布有较明显变化冰期的冰花分布不均匀或测速垂线上冻实。

  4.10 流速测点的分布要求:一条垂线上相邻两点的最小间距不宜小于流速仪旋桨或旋杯的直径测水面流速时,流速仪转子部分不得露出水面测河底时,应将流速仪下放至0.9水深以下,并应使仪器旋转部分的边缘离开河底25cm。测水底或冰花底时,应将流速仪旋转部分的边缘离开冰底或冰花底5cm。流速仪测点定位的要求:流速仪可采用悬杆悬吊或悬索悬吊。悬吊方式应使流速仪在水下呈水平状态。当多数垂线的水深或流速较小时,宜采用悬杆悬吊;流速仪偏离船边的距离不应小于1.0m,小船不应小于0.5m

  4.11死水和回流的处理:死水区的断面面积不超过断面总面积的3%时,死水区可作流水处理,超过时,应根据以往的测验资料分析确定或目测决定死水边界。死水区较大时,应用低流速仪或深水浮标测定死水边界。断面回流量未超过断面顺流量的1%且在不同时间内顺逆不定时,可只在顺逆流交界两侧布置测速垂线测定其边界回流可作死水处理。当回流量超过1%时,除测定其边界外,还应在回流区布设适当的测速垂线,并测出回流量。

  4.12测流观测或摘录水位应符合以下要求:水位变化平缓时,可在测流开始和终止各观测或摘录一次;平均水深大于1m的测站,当估计测流过程中水位变化引起的水道断面面积的变化超过测流开始断面面积的5%,或平均水深小于1m的测站,当估计测流过程中水位变化引起的水道断面面积的变化超过测流开始断面面积的10%,应按能控制水位过程要求增加观测或摘录水位的次数。当测流过程可能跨水位过程的峰顶或谷底时,应增加观测或摘录次数。

  4.13 水流质点相互掺混而呈不规则运动,水流速度的大小和方向随时间不断变动的现象称为脉动。影响脉动的主要因素有:河床糙率(糙率大,脉动大);坡降(坡降大,脉动大);断面形状(不规则的大);泥沙(推移质的运动增大脉动,悬移质含沙量大,脉动小);水深(河底大于水面)。当测速历时为600s上限的时均流速基本稳定,为100s时,流速的相对误差可控制在±3%以内,近河底的误差不超过±4%。测速历时为60s时,引起的全断面流量的误差不超过1.5%

  4.14 枯水测流:河道水草丛生或河底石块堆积影响正常测流时,应随时清除水草,平整河底。当断面内水深小于流速仪一点法测流所必须的水深或流速低于仪器的正常范围时,可采取以下措施:整治河段长度宜大于枯水河宽的5倍,对宽浅河流宜大于20m当整治后仍不能保证测流精度时,可将河段束狭或采取壅水措施水深大、流速小时,可将河段束狭,束狭的长度为其宽度的1.0倍,测流断面应布设在束狭河段的下游水浅而流速足够大时,可建立渠化的束狭河段,并应使多数垂线上水深在0.2m以上。束狭后河段的边坡可取1:21:4,渠化长度应大于宽度的4倍。测流断面应设在渠化河段下游,距进口的长度宜为渠化长度的6/10整治河段宜离开基本水尺一段距离,当枯水期基本水尺水位与整治断面的流量关系较好时,可不设立临时水尺。

  4.15 流速仪测流误差来源:起点距定位误差;水深测量误差;流速仪测点定位误差;流向偏角导致的误差;流速仪轴线与流线不平行导致的误差;停表或其它计时装置的误差。误差控制:应建立主要仪器、测具及有关测验设备装置的定期检查登记制度;应减小悬索偏角,缩小仪器偏角垂线下游的偏距宜使仪器接近测速点的实际位置,并可采取以下措施(流速较大时,在不影响测验安全的前提下,应适当加大铅鱼重量,有条件时,可采用悬索和水体传讯的测流装置,减少这个测流设备的阻水力)测速时,宜使测船的纵轴与流线平行,并应保持测船的平稳。

  4.16 旋杯(旋桨)式流速仪由旋杯(旋桨)、身架和尾翼组成。旋杯(旋桨)感应水流流速旋转,尾翼导引仪器迎着水流来向。旋桨式流速仪与旋杯式比较,具有坚固、防沙、避让漂浮物、分解斜向流速等特性。所以宜用于多沙、多漂浮物、采用测船悬吊流速仪施测的测站,特别使用于采用积宽或积深的方式测流。

  4.17流速仪的保养:每次使用后,应立即按仪器说明书规定的方法拆洗干净,并加仪器润滑油流速仪装入箱内时,转子部分应悬空搁置长期储藏备用的流速仪,易绣部件必须涂黄油保护仪器箱应放于干燥通风处,并应远离高温和有腐蚀性的物质,仪器箱上不应堆放重物仪器所有的附件及工具,应随用完随放还原处仪器说明和检定图表、公式等应妥善保管。

  4.18 流速仪的比测:常用流速仪在使用期,应定期对流速仪进行比测。其比测次数,可根据流速仪的性能,使用历时的长短及使用期间流速和含沙量的大小情况而定。当流速仪实际使用5080h时应比测一次比测宜在水情平稳的时期和流速脉动较小,流向一致的地方进行常用与备用流速仪应在同一测点深度上同时测速,并可采用特制的“U”形比测架,两端分别安装常用和备用流速仪,而仪器的净距不应小于0.5m。在比测过程中,应变换比测仪器的位置比测点不宜靠近河底、岸边或水流紊动强度较大的地点不宜将旋桨式流速仪和旋杯式流速仪进行比测每次比测应包括较大较小且分配均匀的30个以上测点,当比测结果其偏差不超过3%比测条件差的不超过5%且系统偏差能控制在±1%时,常用流速仪可继续使用。超过上述偏差应停止使用,分析其对已测资料的影响。

  4.19 测流停表检查:停表在正常情况下应每年汛前检查一次,当停表受过雨淋、碰撞、剧烈震动发现走时异常时,应立即进行检查;检查时应仪每日误差小于0.5min带秒针的钟表为标准计时,在停表同时走动10min,当读数误差不超过3s,可认为停表合格。

  4.20 浮标法测流包括水面浮标法、深水浮标法、浮杆法和小浮标法。分别适用于流速仪测流困难或超出流速仪测速范围的高流速、低流速、小水深等情况的流量测验。浮标法测流方案:当一次测流起迄时间水位涨落差符合流速仪测流一般要求时,应采用均匀浮标法测流。均匀浮标法测流方案中有效浮标横向分布的控制位置,应案流速仪法测流方案的测速垂线数及其所在位置确定当洪水涨落急剧洪峰历时短暂,不能用均匀浮标法时,可用中泓浮标法测流当浮标投放设备冲毁或临时发生故障,或河中漂浮物过多,投放的浮标无法识别时,可用漂浮物作为浮标测流当测流断面内一部分断面不能用流速仪测流,另一部分能用时,可采用浮标法和流速仪法联合测流深水浮标法和浮杆法测流适用于低流速的流量测验。测流河段应设在无水草生长、无乱石突出、河底比较平整、纵向底坡较均匀的顺直河段小浮标法测流、宜用于水深小于0.16m时的流量测验风速过大,对浮标运行有严重影响时,不宜采用浮标法测流。

  4.21 浮标测流的工作内容:观测基本水尺、测流断面水尺、比降水尺水位投放浮标、观测每个浮标流经上、下断面间的运行历时,测定每个浮标流经中断面线时的位置观测每个浮标运行期间的风向、风力(速)及应观测的项目施测浮标中断面面积计算实测流量及其有关统计数值检查和分析测流成果。

  4.22 水面浮标的制作要求:浮标入水部分应较粗糙,不应成流线型。浮标下面要加系重物,保持浮标在水中漂流稳定。浮标入水的深度不得大于水深的1/10;浮标露出水面部分,应有易于识别的明显标志。

  4.23 水面浮标的投放方法:用均匀浮标法测流,应在全断面均匀的投放浮标,有效浮标的控制部位宜与测流方案中确定的部位一致。在各个已确定的控制部位附近和靠近岸边的部分应有12个浮标。当测流段内有独股水流时,应在每股水流投放35当采用浮标法和流速仪法联合测流时,浮标应投放至流速仪测流的边界以内,使两者测速区域相重叠用中泓浮标法测流,应在中泓部位投放35个浮标。浮标位置邻近运行正常最长和最短运行历时之差不超过最短历时10%的浮标有23当采用漂浮物浮标法测流时,宜选择中泓部位目标显著,且和浮标系数试验所选漂浮物类似的漂浮物35个。

  4.24 浮标运行历时的测记和浮标位置的确定:断面监视人员必须在每个浮标达到断面线时及时发出讯号计时人员应在收到浮标到达上、下断面的讯号时,及时开启和关闭秒表,正确读记浮标的运行历时,时间读数精确到0.1s,当运行历时大于100s时,可精确到1s仪器交会人员应在收到浮标到达中断面线的讯号时,正确测定浮标的位置,记录浮标的序号和测量的角度,计算相应的起点距。

  4.25 小浮标宜采用厚度为11.5cm的较粗糙的木板,做成直径为35cm的小圆浮标。小浮标测流的要求:测流时必须同时施测测流断面浮标投放的有效个数应等于同级水位流速仪测速垂线数,浮标的横向分布应能控制断面流速的横向变化浮标通过测流断面的位置,可用临时断面索测读或皮尺直接测量每个浮标运行的历时应大于20s,当个别流线的流速较大时,不得小于10s。当多数浮标的运行历时小于10s,而由受到水深的限制,不能用流速仪测速时,应适当增长上、下断面的间距,使浮标运行历时不小于10s每条测速垂线重复测两次。两次运行历时之差不得超过短历时的10%,超过了应增加施测次数,直至其中两个浮标运行历时之差在10%以内。

  4.26误差来源:浮标系数试验分析的误差断面测量误差在使用深水浮标或浮标测流的河段内水深变化较大引入的误差由于水流影响,浮标分布不均匀,或有效浮标过少,导致浮标流速横向分布曲线不准浮标流经上、中、下断面时的瞄准视差、浮标流经中断面时的定位误差浮标运行历时的计时误差浮标制作的人工误差风向、风速对浮标运行的影响误差。

  4.27 流量测验河段应选在石梁、急滩、弯道、卡口和人工堰坝等易形成断面控制河段。其中石梁、急滩、卡口的上游河段应离开断面控制的距离为河宽的5倍。或选在河槽的底坡、断面形状,糙率等因素比较稳定和易受河槽沿程阻力作用形成河槽控制的河段,河段内无巨大块石阻水,无巨大漩涡、乱流等现象。断面控制和河槽控制发生在某河段的不同地址时应选择断面控制的河段作为测验河段。在几处具有相同控制特性的河段上,应选择水深较大的窄深河段作为测验河段。测验河段宜顺直、稳定、水流集中、无分流、岔流、斜流、回流、死水等现象。顺直河段的长度应大于洪水时主槽宽度的3倍。宜避开有较大支流汇入或湖泊、水库等大水体产生变动回水的影响。

  4.28 浮标法测流河段,要求顺直的长度应大于上下浮标断面间距的两倍,浮标中断面应有代表性,并无大的串沟、回流发生。个断面之间应有讯号联系和较好的通视条件。比降面积法测流河段,顺直长度应满足比降观测精度所需的长度,两岸斜坡等高线接近平行,水面横比降小,纵比降均匀无明显转折点,并必须避开洲、滩、分汊河段和明显的扩散型河段。

  4.29 单次流量测验成果检查和分析的内容:测点流速、垂线流速、水深和起点距测量记录的检查分析;流量测验成果的合理性检查分析;流量测次布置的合理性检查分析。流量测验成果分析(点绘水位或其它水力因素与流量、水位与面积、水位与流速关系曲线图,检查分析其变化趋势和三个关系曲线相应关系的合理性采用连实测流量过程线进行资料整编的测站,可点绘水位、流速面积和流量过程线图,对照检查各要素变化过程的合理性当发现流量测点反常时,应检查分析反常的原因。对无法进行改正而具有控制性的测次,宜到现场对河段情况进行勘察,并及时增补测次验证)流量测次布置合理性检查分析应在每次测流结束后将流量测点点绘在逐时水位过程线图的相应位置上。采用落差法整编推流的站应同时将流量测点点绘在落差过程线图上。并结合流量测点水位或水力因素与流量关系曲线图上的分布情况,进行对照检查。当发现测次布置不能满足资料整编定线要求时,应及时增加测次,或调整下一测次的测验时机。


信息来源: 作者: