理学清华大学水文信息技术流量测验学习教案.pptx

会计学1理学理学(lxu)清华大学水文信息技术流量测清华大学水文信息技术流量测验验第一页，共109页。2本章本章(bn zhn)内容内容u断面(dunmin)测量u流速(lis)仪u流速脉动、流速分布u流速仪法测流第四章第四章 流量测验流量测验第1页/共109页第二页，共109页。3第一节第一节 概述概述(i(i sh)sh)l 意义意义(yy)一、测流意义一、测流意义(yy)、目的、目的 l 目的目的流量数值是各种水工建筑物的规划、设计和管理的重要依据。流量是江河、湖泊、水库等水体的重要水文特征值，它决定水资源利用的可能性。如城市给水、排水、航运、引水和分流等措施都需要流量资料。第2页/共109页第三页，共109页。4二、测流方法二、测流方法(fngf)flow(fngf)flow measurement method measurement method 流速面积法；水力学方法；物理(wl)法；化学法；直接法。1、流速(li s)面积法 velocity area method u原理原理 u种类种类 流速仪法；浮标法；比降面积法等。u特点特点 基本方法，准确、可靠。第3页/共109页第四页，共109页。5l 流速流速(li s)仪法仪法 current-meter method 使用流速仪测量断面(dunmin)上多点的流速，再配合断面(dunmin)面积测量，计算流量。第4页/共109页第五页，共109页。6l 浮标浮标(fbio)法法 float method 利用浮标(fbio)测量断面流速，再配合断面面积测量，计算流量。第5页/共109页第六页，共109页。7l 比降比降(b jin)面积法面积法 slope area method 测量水面(shumin)比降，再配合面积测量以及糙率资料，计算流量。比降糙率第6页/共109页第七页，共109页。82、水力学方法、水力学方法(fngf)hydraulic method 依靠专门修建的量水建筑物或现成(xinchng)的水工建筑物，测量水头、断面等水力因素，再用水力学公式计算流量。3、物理、物理(wl)法法 physical method如，超声波法；电磁法；光学法。特点：快速、连续、自动化程度高。第7页/共109页第八页，共109页。94、化学法（或稀释、化学法（或稀释(xsh)法）法）chemical method 5、直接、直接(zhji)法法 direct method 如，容积(rngj)法；称重法特点：适应面窄。在河段上游投入的示踪剂，随水流经过一定流程后在水中稀释、混匀，但总量不变。常用的示踪剂：化学盐类、荧光染料、同位素等。第8页/共109页第九页，共109页。10三、测站三、测站(c zhn)精度类别及测验方精度类别及测验方式式1、测站、测站(c zhn)精度类别精度类别 l一类站：干流(gnli)水文站（大河控制站）。l二类站：区域代表站。l三类站：小河站。表4-1。2、水位级划分、水位级划分水位级：高、中、低、枯水期。第9页/共109页第十页，共109页。11水位级的划分采用(ciyng)水文频率计算方法：l对一类(yli)站，采用年特征值法。用测站各年瞬时最高水位进行频率计算，得90%频率相应的水位作为高水位。用测站各年瞬时最低水位进行频率计算，得10%频率相应的水位作为低水位。水位(shuwi)级关系到测流的方法、测次等。用测站各年平均水位进行频率计算，得50%频率相应的水位作为中水位。第10页/共109页第十一页，共109页。12l对二类、三类(snli)站，采用典型年法。用测站各年汛期总水量进行频率计算(jsun)，求10%、50%、90%频率相应的年份为丰、平、枯三个典型年。分别用丰、平、枯三个典型年汛期逐日最高水位进行频率计算，依次求10%、50%、90%频率相应的水位作为高、中、低水位、。第11页/共109页第十二页，共109页。13用上述高、中、低水位(shuwi)划分水位(shuwi)级，得到测站水情的4个时期（表4-2）。枯水期低水期中水期高水期二、三类精度站一类精度站测站水情特征划分测站水情特征划分第12页/共109页第十三页，共109页。143、测次的布置、测次的布置(bzh)l丰、平、枯均有测次；lZQ关系(gunx)转折点处有测点；lZQ关系(gunx)稳定期少测，紊乱期多测；l高、低水之间测次均匀。第13页/共109页第十四页，共109页。154、测流方法、测流方法(fngf)选用原则选用原则 l精度(jnd)要求；l测流安全(nqun)；l经济、方便。第14页/共109页第十五页，共109页。16习题习题习题习题(xt)13(xt)131、测流的五类方法(fngf)。2、流速面积法的原理、特点(tdin)、种类。第15页/共109页第十六页，共109页。17第二节第二节 断面断面(dun(dun min)min)测量测量 断面(dunmin)测量包括水道断面(dunmin)（channelcross-section）测量、大断面(dunmin)（possiblemaximumcross-section）测量。1、大断面、大断面(dun min)测量测量一、概述一、概述大断面：历年最高洪水位以上0.5m1.0m的水位以下的范围。大断面测量包括水下和水上部分的测量。第16页/共109页第十七页，共109页。18水上(shushn)部分应测至历年最高洪水位以上0.5m1.0m。对于漫滩大的河流(hli)，可只测至洪水边；有堤防的河流(hli)，应测至堤防背河侧的地面；无堤防而洪水漫溢至与河流平行的铁路、公路、围圩时，测至其外侧。第17页/共109页第十八页，共109页。19大断面(dunmin)测量时，水下部分测深垂线数目应满足下表规定。注：水面宽小于平均水深的100倍的，为窄深河道；反之为宽浅河道。大断面测量时水下部分最少测深垂线数目大断面测量时水下部分最少测深垂线数目25252015106宽浅河道窄深河道151515121065垂线数10001000300100505138138137968535常测法常测法251525152012151065精测法精测法10001000300100505.05.0水面宽水面宽第76页/共109页第七十七页，共109页。782、测速方法、测速方法(fngf)u根据垂线数目(shm)、测点多少分类l 精测法l 常测法l 简测法 特殊水情下测流方法（洪水暴涨暴落，变动回水(hu shu)影响，流冰严重等）。经常性测流方法。多点多线，为积累资料。第77页/共109页第七十八页，共109页。79u根据测速方法根据测速方法(fngf)不同分类不同分类 l积点法积点法 point-integratingmethod l积深法积深法 depth-integratingmethod 流速仪在测速垂线上测定各测点流速，再计算(jsun)垂线平均流速。流速(lis)仪沿测速垂线匀速提放，测定垂线平均流速(lis)。（用测船或缆道等拖带）流速仪匀速横渡测流断面，施测不同水层的平均流速。l积宽法积宽法 width-integratingmethod第78页/共109页第七十九页，共109页。803、测速历时、测速历时(l sh)velocity measuring duration 综合考虑上述两点，合理选择(xunz)测速历时：一般情况下，每个测点的测速历时(lsh)为100秒，特殊水情下，不应少于30秒。测点流速脉动，要求测速历时相当长。测点流速的变化，要求测速历时相对短。第79页/共109页第八十页，共109页。81四、流量四、流量(liling)(liling)计计算算 1 1、计算垂线、计算垂线(chu xin)(chu xin)平均流速（平均流速（mean mean velocity at a verticalvelocity at a vertical）l一点(y din)法：（0.6为测点相对水深）0.80.60.20.01.0第80页/共109页第八十一页，共109页。82l两点法：l三点(sn din)法：l五点法：第81页/共109页第八十二页，共109页。832 2、计算部分、计算部分(b fen)(b fen)平均平均流速流速 中间(zhngjin)：两边(lingbin)：岸边流速系数:光滑陡岸边取为0.9；不平整的陡岸边取为0.8；一般情况下，取为0.7；死水边取为0.6。第82页/共109页第八十三页，共109页。843、断面流量、断面流量(liling)计计算算 第83页/共109页第八十四页，共109页。85五、相应水位五、相应水位(shuwi)(shuwi)计算计算 1 1、相应、相应(xingyng)(xingyng)水位水位 equivalent equivalent stage stage 与一次完整(wnzhng)地测流过程计算出的流量相等的瞬时流量对应的水位。2 2、计算方法、计算方法l算术平均法 第 条垂线测速时的水位 第84页/共109页第八十五页，共109页。86l部分(b fen)流量加权法 其中，l加权平均法 第85页/共109页第八十六页，共109页。87第六节第六节 几种几种(j zhn)(j zhn)测流测流方法方法第86页/共109页第八十七页，共109页。88测船测流测船测流第87页/共109页第八十八页，共109页。89第88页/共109页第八十九页，共109页。90大汶口水文站测流大汶口水文站测流 第89页/共109页第九十页，共109页。91一、浮标一、浮标(fbio)法测流法测流 1、适用、适用(shyng)条件条件 大洪水期，或水面漂浮物较多，使用流速仪测流困难(knnn)时一种简易的测流方法。2、测流原理、测流原理虚流量折算系数第90页/共109页第九十一页，共109页。923 3、测定测定 计算浮标漂浮速度（虚流速），测量水道断面面积，再计算流量。起点距第91页/共109页第九十二页，共109页。93计算(j sun)步骤：l计算各浮标虚流速 。l 绘制虚流速横向(hn xin)分布曲线图。l 查算各测速垂线流速(li s)，计算相邻测速垂线间部分面积及平均流速(li s)。l 计算断面虚流量 。l 计算断面流量 。第92页/共109页第九十三页，共109页。94二、超声波法流速二、超声波法流速(li s)(li s)（一）原理（一）原理(yunl)(yunl)利用超声波在水中传播(chunb)特性。（二）分类（二）分类 时差法；频差法。第93页/共109页第九十四页，共109页。951 1、时差、时差(shch)(shch)法法 time time difference methoddifference method利用超声波顺流向与逆流向传播(chunb)时间不同来测速。ABABABqL第94页/共109页第九十五页，共109页。96需要在不同水深处安装换能器，以测量不同水层(shucn)的水流平均流速。第95页/共109页第九十六页，共109页。97测速精度受到水流(shuli)速、含沙量、水流(shuli)稳定性、流向、水温等因素的影响。不适(bsh)用于高速、高含沙量的河段，因在高速、高含沙量的水流中，超声波的传播性能不好。第96页/共109页第九十七页，共109页。982 2、频差法、频差法timedifferencemethod利用超声波顺流向与逆流(nli)向传播频率不同来测速。声束与水体中颗粒流速之间的夹角为换能器发射的超声波频率为水流速水体中颗粒换能器声速第97页/共109页第九十八页，共109页。99换能器仅测量与声束平行(pngxng)的速度。换能器聆听到的频率与其(yq)发射的声束频率之差为则水流速第98页/共109页第九十九页，共109页。100第七节第七节 ADCP ADCP测流原理测流原理(yunl)(yunl)与方与方法法ADCPADCP（Acoustic Doppler Current ProfilerAcoustic Doppler Current Profiler）声）声学学(shngxu)(shngxu)多普勒流速剖面仪。多普勒流速剖面仪。一、一、ADCPADCP组成组成(z chn)(z chn)与基本原理与基本原理 ADCP换能器（3至4个探头）；1 1、组成、组成第99页/共109页第一百页，共109页。101操作(cozu)软件系统；计算机及连接(linji)设备等。Transect或Winriver软件，实现(shxin)数据的采样与回放。ADCPADCP蓄电池计算机第100页/共109页第一百零一页，共109页。102ADCP（acousticdopplercurrentprofilemeter）测流）测流第101页/共109页第一百零二页，共109页。103StreamPro便携式微型便携式微型ADCP 第102页/共109页第一百零三页，共109页。1042 2、基本原理、基本原理 同时，还向河底发射(fsh)底跟踪声脉冲，测出ADCP安装平台（测船）的运动速度以及水深，然后将水流相对速度扣除船速得到水流的绝对速度。ADCP向水体发射(fsh)声波，当它碰到水中悬浮的微粒后产生反射波，记录发射(fsh)波与反射波之间的频率改变（多普勒频移），计算出水流相对于ADCP的速度。第103页/共109页第一百零四页，共109页。105二、二、ADCPADCP两种安装两种安装(nzhung)(nzhung)方式方式 安装在固定(gdng)平台（河底）上，进行定点垂线或水平流速的分层测量；安装在移动平台(pngti)（测船）上，进行走航式流速剖面的测量。第104页/共109页第一百零五页，共109页。106三、三、ADCPADCP测量测量(cling)(cling)数据数据 1、相对、相对(xingdu)流速流速；2、船速；、船速；当底沙运动(yndng)时，应外接GPS测定船速。指水流相对于ADCP仪器的流速。它由“水跟踪”测出。当无底沙运动时，船速由“底跟踪”测出。第105页/共109页第一百零六页，共109页。107 3、水深；、水深；由“底跟踪(gnzng)”测出。4、船的航行、船的航行(hngxng)轨迹。轨迹。由“底跟踪(gnzng)”测出。第106页/共109页第一百零七页，共109页。108四、四、ADCPADCP与传统仪器与传统仪器(yq)(yq)比较比较 1、ADCP能直接测出断面的流速剖面、对流(duli)场扰动小、测验历时短、测速范围大。2、ADCP可现场(xinchng)直接获取流速、流量、流向、水深等水文信息，测验效率高。3、ADCP不要求测流断面垂直于河岸（而传统方法要求这样）：测船航迹可以是斜线或曲线，大大方便了施测作业。第107页/共109页第一百零八页，共109页。109习题习题习题习题(xt)15(xt)151、流速仪法测流的原理(yunl)及工作内容。2、何谓(hwi)精测法、常测法、简测法？3、何谓积点法、积深法、积宽法？4、测速历时。如何选定合理的测速历时？6、相应水位及其计算方法。5、断面流量计算的步骤。7、浮标法测流的原理及适用条件。8、超声波法测流的原理及适用条件。第108页/共109页第一百零九页，共109页。