理学清华大学水文信息技术流量测验.pptx

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1、1本章内容本章内容u断面测量u流速仪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2第一节第一节 概述概述l 意义意义一、测流意义、目的一、测流意义、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3二、测流方法二、测流方法 flowmeasurementmethod 流速面积法；水力学方法；物理法；化学法；直接法。1 1、流速面积法、流速面积法 velocityareamethod u原理原

2、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4l 流速仪法流速仪法 current-metermethod使用流速仪测量断面上多点的流速，再配合断面面积测量，计算流量。第4页/共109页5l 浮标法浮标法 floatmethod利用浮标测量断面流速，再配合断面面积测量，计算流量。第5页/共109页6l 比降面积法比降面积法 slopeareamethod测量水面比降，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72、水力学方法、水力学方法 hydraulicmethod依靠专门修建的量水建筑物或现成的水工建筑物，测量水

3、头、断面等水力因素，再用水力学公式计算流量。3、物理法、物理法physicalmethod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84、化学法（、化学法（或稀释法）chemicalmethod5、直接法、直接法 directmethod如，容积法；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9三、测站精度类别及测验方式三、测站精度类别及测验方式1、测站精度类别、测站精度类别l一类站：干流水文站（大河控制站）。l二类站：区域代表站。l三类站：小

4、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10水位级的划分采用水文频率计算方法：l对一类站，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11l对二类、三类站，采用典型年法。用测站各年汛期总水量进行频率计算，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，

5、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12用上述高、中、低水位划分水位级，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133、测次的布置、测次的布置l丰、平、枯均有测次；lZQ关系转折点处有测点；lZQ关系稳定期少测，紊乱期多测；l高、低水之间测次均匀。第13页/共109页144、测流方法选用原则、测流方法选用原则l精度要求；l测流安全；l经济、方便。第14页/共109页15习题习题习题习题13131、测流的五类方法。2、流速面积法的原理、特点、种类。第15

6、页/共109页16第二节第二节 断面测量断面测量 断面测量包括水道断面（channelcross-section）测量、大断面（possiblemaximumcross-section）测量。1、大断面测量、大断面测量一、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17水上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，可只测至洪水边；有堤防的河流，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18大断面测量时，水下部分测深垂线数目应满

7、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772、测速方法、测速方法u根据垂线数目、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，变动回水影响，流冰严重等）。经常性测流方法。多点多线，为积累资料

8、。第77页/共109页78u根据测速方法不同分类根据测速方法不同分类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，再计算垂线平均流速。流速仪沿测速垂线匀速提放，测定垂线平均流速。（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793、测速历时、测速历时 velocitymeasuringduration综合考虑上述两点，合理选择测速历时：一般情况下，每个测点的测速历时为100秒

9、，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80四、流量计算四、流量计算 1 1、计算垂线平均流速、计算垂线平均流速（meanvelocityatavertical）l一点法：（0.6为测点相对水深）0.80.60.20.01.0第80页/共109页81l两点法：l三点法：l五点法：第81页/共109页822 2、计算部分平均流速、计算部分平均流速 中间：两边：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833、断面流量计算、断面流量计算第

10、83页/共109页84五、相应水位计算五、相应水位计算 1 1、相应水位、相应水位 equivalentstage 与一次完整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85l部分流量加权法 其中，l加权平均法 第85页/共109页86第六节第六节 几种测流方法几种测流方法第86页/共109页87测船测流测船测流第87页/共109页88第88页/共109页89大汶口水文站测流大汶口水文站测流 第89页/共109页90一、浮标法测流一、浮标法测流1、适用条件、适用条件大洪水期，或水面漂浮物较多，使用流速仪测流

11、困难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913 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92计算步骤：l计算各浮标虚流速 。l 绘制虚流速横向分布曲线图。l 查算各测速垂线流速，计算相邻测速垂线间部分面积及平均流速。l 计算断面虚流量 。l 计算断面流量 。第92页/共109页93二、超声波法流速二、超声波法流速（一）原理（一）原理利用超声波在水中传播特性。（二）分类（二）分类 时差法；频差法。第93页/共109页941 1、时差法、时差法timedifferencemethod利用超声波顺流向

12、与逆流向传播时间不同来测速。ABABABqL第94页/共109页95需要在不同水深处安装换能器，以测量不同水层的水流平均流速。第95页/共109页96测速精度受到水流速、含沙量、水流稳定性、流向、水温等因素的影响。不适用于高速、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972 2、频差法、频差法timedifferencemethod利用超声波顺流向与逆流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98换能器仅测量与声束平行的速度。换能器聆听到的频率与其发射的声束频率之差

13、为则水流速第98页/共109页99第七节第七节 ADCPADCP测流原理与方法测流原理与方法ADCPADCP（Acoustic Doppler Current ProfilerAcoustic Doppler Current Profiler）声学多普勒流速剖面仪。一、一、ADCPADCP组成与基本原理组成与基本原理 ADCP换能器（3至4个探头）；1 1、组成、组成第99页/共109页100操作软件系统；计算机及连接设备等。Transect或Winriver软件，实现数据的采样与回放。ADCPADCP蓄电池计算机第100页/共109页101ADCP（acousticdopplercurren

14、tprofilemeter）测流）测流第101页/共109页102StreamPro便携式微型便携式微型ADCP 第102页/共109页1032 2、基本原理、基本原理 同时，还向河底发射底跟踪声脉冲，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向水体发射声波，当它碰到水中悬浮的微粒后产生反射波，记录发射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104二、二、ADCPADCP两种安装方式两种安装方式 安装在固定平台（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（测船）上，

15、进行走航式流速剖面的测量。第104页/共109页105三、三、ADCPADCP测量数据测量数据 1、相对流速、相对流速；2、船速；、船速；当底沙运动时，应外接GPSGPS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106 3、水深；、水深；由“底跟踪”测出。4、船的航行轨迹。、船的航行轨迹。由“底跟踪”测出。第106页/共109页107四、四、ADCPADCP与传统仪器比较与传统仪器比较 1、ADCP能直接测出断面的流速剖面、对流场扰动小、测验历时短、测速范围大。2、ADCP可现场直接获取流速、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108习题习题习题习题15151、流速仪法测流的原理及工作内容。2、何谓精测法、常测法、简测法？、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109感谢您的观看！第109页/共109页