實習報告(水文)

水文實習
（一）河流水文觀測
衡量和表示河流水文變化情況的因素，一般包括水位、流速、流量、水温、泥沙和水化學。通過上述因素的觀測得到的數據，能定量表示河流水情變化的基本特徵。
1．水位觀測
水位觀測是河流水文實習的重要內容。觀測所得的基礎資料可直接應用於水利工程建設，如防汛、給水、灌溉、排水等建築物的設計，通過水麪比降的調查測量，還可以根據水位流量關係推測流量。
（1）水位觀測斷面的佈設。一般河道的水位觀測應儘量選擇河道順直、穩定、水流集中,便於佈設測驗設施的河段。基本水尺斷面一般設在測驗河段的中央,大致垂直於流向或直接平行於測流斷面。若河段內有固定分流,流量超過總流量的20%,且兩者之間沒有穩定的關係時,一般應分別設立水尺斷面。堪閘和水庫的觀測河段,一般選在建築物的下游,避開水流紊動影響的地方。水庫和湖泊的水位觀測點,應選在岸坡穩定、水位有代表性、便於觀測和建立測驗設備的地方。
（2）水位觀測設備及佈置。
實踐中簡便辦法多采用水尺和自記水位計觀測水位。水尺多用堅硬平直的木板條或用搪瓷鐵片製成，並畫出間距為2釐米（或1釐米）的刻度，標出米、釐米數。沿江河一帶佈設基面，多由木樁和水泥墩固定建成，基面保證最高水位和最低水位都可測到。如圖3-1所示。 圖4-1 水尺的設立
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（3）水位觀測的內容和方法。每次觀測水位時，將水尺直立在基面上（木樁或水泥墩），讀出水尺讀數，水位值等於水尺讀數與基面高程之和，即
水位=水尺讀數+基面高程
在冬、春平水位時，於每日08時、20時觀測水尺兩次；夏、秋季節，於每日02、08、14、20時觀測四次；在洪水漲落過程中，觀測次數增多，甚至半小時觀測一次。
自記水位計由浮筒、傳遞和自記鍾3部分組成，在一晝夜內連續紀錄（在自記紙上）水位隨時間變化過程曲線。每日定時取換下來的自記紙，所紀錄的水位過程線，要用水尺觀讀數據進行校核，保證數據準確。
2．流速測驗和資料統計
流速是指單位時間（秒）內河水質點所流動的距離（米），單位為米/秒。流速是表示河水運動快慢的一個重要指標。影響流速的因素很多，主要是河水量的多少，其次同河流比降、河道彎曲、水草多少等因素也有密切關係。因此斷面上應均勻分佈流速垂線，流速垂線上又應沿水深均勻分佈測點，才能正確的掌握斷面上流速分佈的規律。選擇流速垂線時可以參考下列規定（見表六）。
表1 流速垂線數目
河寬（m）
50
50--100
100--300
300--1000
1000以上
垂線數
10
10--15
15--20
20--30
30--40
流速垂線上測點的分佈以能算出正確的垂線平均流速為原則，所以測點位置和數目的選擇應根據不同的水深、測驗目的、精度要求等，通過實驗有把握的加以確定。選取時，可參考下列規定。
表2 垂線測點的分佈
垂線水深h（m）
設點方法
測點深度
h<1
1點法
0.6 h
1<h<3
2點法
0.2 h 、0.8 h
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3點法
0.2 h 、0.6 h 、0.8 h
h>3
5點法
水面、0.2 h 、0.6 h 、0.8 h、河底
測定流速的方法很多，一般採用浮標測速法和旋杯式流速儀測速兩種方法。
（1）浮標測速法測速原理與方法
首先要選擇順直河段，河底變化比較小，佈設測速斷面（中斷面）和上、下斷面。上斷面到中斷面的距離，同下斷面到中斷面的距離最好等長。
浮標用木、竹、草捆、泡沫塊等漂浮物製成。上斷面是投放浮標湧，記錄浮標通過中斷面的位置和到達下斷面所用的時間t秒，浮標流速就是上、下斷面的距離（L）與所用時間（t）之比，如下式：
Vf(浮標速度)=L/t(米/秒)
浮標所測流速為水面流速，一般比斷面平均流速為大，所以使用時要乘上一個浮標係數，一般為0.8（即f=0.80）。因此，實際流速V為：V=f Vf
經過實際測算，填寫下表：
時間 地點
斷面一
斷面二
斷面三
斷面四
t1
t2
t3
t4
表七
由L1=________ L2=___________
L3=________ L4=____________
得V1=_______ V2=________
V3=________ V4=________
（2）旋杯式流速儀測速原理和方法
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使用旋杯式流速儀（見圖3-2）測流時,將流速儀放在水下預定的測點上,並使旋杯對着來水的方向,水流衝擊旋杯,使旋杯發生轉動,旋杯轉動又帶動直立的旋軸轉動。旋軸的截面呈卵形,軸旁有固定電絲與電源接通。每當旋杯轉1周(或5周、20周),卵形的尖端便使旋軸與電絲接觸一
次,電路上的燈泡(或電鈴、蜂鳴器)即亮(或響)一次。根據燈泡閃亮(或電鈴、蜂鳴器發出聲響)的次數,即可知旋杯轉動的週數。
顯然流速越大，旋杯轉動越快，單位時間內轉數越多。在中等流速的條件下，水流速度V與單位時間內旋杯轉數R/S成線性關係即：
V =aR/S+b
式中S一一旋杯轉動時間(秒);
R-一旋杯在S秒內的轉數;
垂線平均流速計算方法如下：
5點法：V=（V0.0+V0.2+V0.6+V0.8+V1.0）/10
3點法 V=(V0.2+V0.6+V0.8)/4
或 V=(V0.2+V0.6+V0.8)/3
2點法 V=(V0.2+V0.8)/2
1點法 V=V0.6
或 V=K1V0.0 K1=0.84—0.87
3．流量測量方法與原理
流量是指單位時間內流過河道過水斷面的水量，是河流的重要水文特徵之一。一般流量以米3/秒來表示。
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河流中的水位與流量有着密切的關係，不同的水位有着不同的流量，是正相關的關係。如果以水位為縱座標，流量為橫座標，把流量與相應水位點在直角座標紙上，當測量資料足夠長的條件下，便可得到一條拋物線型的水位—流量關係曲線。利用這條水位—流量的相關曲線，通過容易測到的水位值，可以推算出不容易測量的流量值，尤其洪峯流量瞬時V通過時，這條關係線更有實際意義。
目前國內外測量流量的方法很多，實習中主要應用流速面積法進行測量。計算流量公式如下：
Q=AV
式中Q為流量（米3/秒），A為過水斷面（米2）；V為全過水斷面平均流速（米/秒）。
其中過水斷面的測量包括水深測量、測深垂線起點距測量與測深斷面水位的觀測。在中、小河上測量水深多用測深杆、測深錘、測深鉛魚V等;大河多用回聲測深儀。回聲測深儀是利用超聲波從放射器到河底,再由河底反射回到收音器,由其所經歷的時間和超聲波在水中傳播的速度來計算河水的深度。
斷面部分面積計算方法為：
部分面積是指測速垂線間的部分斷面面積。
〈l〉面積間沒有測深垂線時,則部分面積等於兩邊垂線水深的平均值和其間距的乘積
式中：
f1、f2――― 為部分面積
h1。h2――― 為垂線水深
b1。b2――― 為垂線間距
(2)部分面積間有測深垂線，則其部分面積應等於欲求部分面積的兩測深垂線間各測深垂線間面積的和。即：
f3=（h2+h3）/2*b3+（h3+h4）/2*b4+（h4+h5）/2*b5
f4=（h5+h6）/2*b6+（h6+h7）/2*b7+（h7+h8）/2*b8
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（二）地下水調查
地下水是水資源的重要組成部分，也是河流補給的重要來源。進行地下水調查就是了解調查區的水文地質狀況，地下水的補給、徑流和排泄條件以及地下水的水位、水量等特點。
首先需要調查區內地質圖、地形圖、水文地質圖、調查區的水利規劃報告等資料，通過對資料的分析和野外勘探，瞭解實習調查區地形起伏、地層出露及分佈概況；瞭解斷層、褶皺等地質構造的分佈、性質及與地下水的關係；瞭解含水層的巖性、分佈及層位厚度等特點，掌握地下水埋藏條件與區域地質地貌狀況的相互關係。
其次進行地下水的觀測。觀測可在觀測井中進行。
1．地下水位的觀測。可採用測杆、測錘、測繩等測量工具，每次觀測應重複兩次，取平均值，兩次測量誤差不應超過2釐米，否則應重測。地下水位等於井口固定點高程減固定點至水面的距離。固定點至水面距離減去固定點與測井附近地面的平均高差即得地下水埋深。
2．地下水流量調查。
可進行機井出水量觀測。首先應事先在井旁溝渠內安裝好頂角為90o的三角堰或三角堰箱(圖4-4)。抽水前測量靜水位。抽水後，當井水位下降保持穩定時，觀測動水位和三角堰水頭高度，從“三角堰水頭與流量換算表”中即可查得流量。
三角堰箱
a．三角堰箱縱剖面結構； b三角堰箱立體圖；1 水泵出水管；2隔板；3讀數標尺
（三）河流泥沙檢測
河流夾帶泥沙能直接影響河牀變化以及水庫、渠道的淤積，給防洪、灌溉、航運帶來困難，因此泥沙測驗是水文實習的重要項目。描述河流中
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懸移質的情況，常用的兩個定量指標是含沙量和輸沙率。單位體積內所含幹沙的質量，稱為含沙量，用Cs表示，單位為kg/m3。單位時間流過河流某斷面的幹沙質量，稱為輸沙率，以Qs表示，單位為kg/s。斷面輸沙率是通過斷面上含沙量測驗配合斷面流量測量來推求的。
1．懸移質單位含沙量檢測方法。
含沙量測驗，一般需要採樣器從水流中採取水樣。我國目前使用較多的採樣器有橫式採樣器和瓶式採樣器。取樣位置一般要通過輸沙率資料的分析選擇。
取樣位置選擇的原則：（1）在含沙量橫向分佈較穩定均勻的斷面，在主流邊附近選取一條垂線取樣；（2）在含沙量橫向分佈變化較複雜，主流分散的河道，可用橫渡法或斜航法取樣。不論用何種方式取得的水樣，都要經過量積、沉澱、過濾、烘乾、稱重等手續，才能得出一定體積渾水中的幹沙重量。
2．輸沙率測驗方法
輸沙率測驗是由含沙量測定與流量測驗兩部分工作組成的。為了測出含沙量在斷面上的變化情況，由於斷面內各點含沙量不同，因此輸沙率測驗和流量測驗相似，需在斷面上佈置適當數量的取樣垂線，通過測定各垂線測點流速及含沙量，計算垂線平均流速及垂線平均含沙量，然後計算部分流量及部分輸沙率。對於取樣垂線的數目，當河寬大於50m時，取樣垂線不少於5條；水面寬小於50m時，取樣垂線不應少於3條。垂線上測點的分佈，視水深大小以及要求的精度而不同，可有一點法、二點法、三點法、五點法等。
（1）垂線平均含沙量計算根據測點的水樣，得出各測點的含沙量之後，可用流速加權計算垂線平均含沙量。
（2）斷面輸沙率計算根據各條垂線的平均含沙量，配合測流計算的部分流量，即可算得斷面輸沙率。計算公式為：
A．求垂線平均含沙量：
五點法 ρ=（ρ0.0V0.0+3ρ0.2V0.2+3ρ0.6V0.6+2ρ0.8V0.8+ρ1.0V1.0）/10V
三點法 ρ=（ρ0.2V0.2+ρ0.6V0.6+ρ0.8V0.8）/(V0.2+V0.6+V0.8)
二點法 ρ=（ρ0.2V0.2+ρ0.8V0.8）/V0.2+V0.8
一點法 ρ=kρ0.5
式中 ρ為垂線平均含沙量
ρi為相對深度i處的測點含沙量
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Vi為相對深度i處的流量
V垂線平均流速
K由實驗得出得係數
B.求斷面輸沙率:
ρs=[ρm1q0+(ρm1+ρm2)q1/2+…+(ρmn-1+ρmn)qn-1/2+ρmn qn]/1000
式中 ρs為斷面輸沙率；
ρmi為第i根垂線平均含沙量；
qi為第i根垂線與第i+1根垂線間的流量。
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