垂线平均流速的计算课件.ppt

1、伊犁河简介新疆境内的伊犁河位于天山北支婆罗科努山与南支哈尔克山之间，是中国天山水资源最丰富的山段。新疆集水区面积约5.7万平方公里，占新疆面积3.5%；年径流量153亿立方米（已扣除从哈萨克斯坦流入的水量14亿立方米），占新疆地表径流总量19%；年均径流深268毫米，为新疆平均值的5.7倍，接近于全国年均径流深值。在中国西北干旱区中伊犁河流域堪称相对湿润地区。 伊犁河是亚洲中部的一条内陆河，又是中国和哈萨克斯坦的国际河流。上游有3条源流，即特克斯河、巩乃斯河和喀什河，主源为特克斯河。发源于哈萨克斯坦境内的汗腾格里主峰北坡，由西向东流，进入中国。全长1500公里，在中国境内流程422公里后，在中

2、哈边境的霍尔果斯河口流出，最后注入哈萨克斯坦名湖巴尔喀什湖。 伊犁河雅马渡站以上为上游，雅马渡至哈萨克斯坦的伊村(卡普恰盖)为中游，伊犁村至巴尔喀什湖为下游。伊犁河全长1236km，流域面积15.12万平方公里，年径流量1l7亿立方米，多年平均含沙量059千克/立方米，伊犁河干流在中国境内长约442km，流域面积约56万平方公里，水资源相当丰富，是中国新疆境内径流量最丰富的河流。上游上游中游中游下游下游由于伊犁河的大多数支流均由外伊犁河套流出，有利于径流的形成。由于伊犁河的大多数支流均由外伊犁河套流出，有利于径流的形成。在右岸支流中，能流至伊犁河的只有霍尔果斯河，其余的河流都在在右岸支流中，能

3、流至伊犁河的只有霍尔果斯河，其余的河流都在中途消失了。伊犁河流域除常年接受大西洋等水域水汽补给外，同中途消失了。伊犁河流域除常年接受大西洋等水域水汽补给外，同时还因南北两侧天山支脉山体高大，流域内大小冰川和永久积雪分时还因南北两侧天山支脉山体高大，流域内大小冰川和永久积雪分布宽广，计有各类大小冰川布宽广，计有各类大小冰川1600多条，总面积多条，总面积2100多多km2。初估。初估净储水量净储水量2300多亿多亿m3，相当于同等体积的永久固体水库。每年可，相当于同等体积的永久固体水库。每年可补给河川径流水量约为补给河川径流水量约为20亿亿25亿亿m3，占地表产水量的，占地表产水量的132165

4、。伊犁河通常在。伊犁河通常在12月封冻，次年月封冻，次年3月解冻。月解冻。 伊犁河各主要支流，因伊犁河各主要支流，因得益于均匀的降水和冰川的得益于均匀的降水和冰川的有效调节，虽然每年均有汛有效调节，虽然每年均有汛期，但洪峰频率曲线显示平期，但洪峰频率曲线显示平坦，而且连续数日时段洪量坦，而且连续数日时段洪量不大。洪峰和洪量均处于相不大。洪峰和洪量均处于相对平稳状态，历史上未曾出对平稳状态，历史上未曾出现过大范围的严重洪水灾害。现过大范围的严重洪水灾害。伊犁河流域，几大山系均为元古代伊犁河流域，几大山系均为元古代与古生代地层，岩石类型主要由坚与古生代地层，岩石类型主要由坚硬的石英片岩、片麻岩、大

5、理岩及硬的石英片岩、片麻岩、大理岩及华里西中晚期花岗岩等组成。天然华里西中晚期花岗岩等组成。天然剥蚀轻微，侵蚀模数不大，因而各剥蚀轻微，侵蚀模数不大，因而各河含沙量及年输沙量均较小。干支河含沙量及年输沙量均较小。干支流多年平均含沙量一般在流多年平均含沙量一般在0.6kgm3左右，少数支流约左右，少数支流约0.2kgcm2，雅马渡站多年平均输沙量雅马渡站多年平均输沙量713万万t伊犁河自伊宁市(中国境内)以下为通航河段，至哈萨克斯坦的巴卡纳斯港，可季节性通航，再往下可行汽艇。 在哈萨克斯坦境内的阿拉木图州和塔尔迪库尔干州的伊犁河上，已修建卡普恰盖水库。水库于1970年开始充水，面积1850km2

6、，容积2814亿m3，库长180km，最大宽度为22km，平均深度为152m，最大深度为45m，水位变幅约为4m，为多年调节水库。该水库用于发电和灌溉，而且还是阿拉木图地区以及南部哈萨克其它各城市居民的休养地。 中国境内的伊犁河段，水能蕴藏量约700多万kW，开发条件较好的坝址有30多处，装机容量300万kW。现已建成中小型水电站132座，总装机容量约10万kW，其中规模最大的是喀什河托海水电站装机5万kW，价值很高；同时坝址地形地质条件优越，适于灌溉、防洪、发电及水产养殖综合开发利用。 中国境内伊犁河流域可利用地表水资源为176亿m3，可开采的地下水资源为264亿m3。 中国境内的伊犁河段已

7、建成各类永久性渠首64座，总引水能力达到853m3s。先后新建、改建、扩建引水干渠164条，总长2600多km。 水位是反映水体、水流变化的重要标志，是水文测验中最基本水位是反映水体、水流变化的重要标志，是水文测验中最基本的观测要素，是防汛抗旱斗争中的主要依据，是掌握水文情势和进的观测要素，是防汛抗旱斗争中的主要依据，是掌握水文情势和进行水文预报的依据。在水文测验中，常用水位直接或间接的推算其行水文预报的依据。在水文测验中，常用水位直接或间接的推算其他水文要素，如由水位通过水位流量关系推求流量；通过流量推算他水文要素，如由水位通过水位流量关系推求流量；通过流量推算输沙率；由水位计算水面比降等，

8、从而确定其他水文要素的变化特输沙率；由水位计算水面比降等，从而确定其他水文要素的变化特征。征。 水位是指河流或其他水体的自水位是指河流或其他水体的自由水面相对于某一基面的高程，其由水面相对于某一基面的高程，其单位以米单位以米(m)表示。表示。 水位的变化，主要取决于水体自身水量的变化，约束水体条件的改变，以及水体水位的变化，主要取决于水体自身水量的变化，约束水体条件的改变，以及水体受千扰的影响等因素。在水休自身水量的变化方面，江河、渠道来水量的变化，受千扰的影响等因素。在水休自身水量的变化方面，江河、渠道来水量的变化，水库及湖泊引入、引出水量的变化和蒸发、渗漏等使总水量发生变化，使水位发水库及

9、湖泊引入、引出水量的变化和蒸发、渗漏等使总水量发生变化，使水位发生相应的涨落变化；在约束水体条件的改变方面，河道的冲淤和水库、湖泊的淤生相应的涨落变化；在约束水体条件的改变方面，河道的冲淤和水库、湖泊的淤积，改变了河、湖、水库底部的平均高程；闸门的开启与关闭引起水位的变化；积，改变了河、湖、水库底部的平均高程；闸门的开启与关闭引起水位的变化；河道内水生植物生长、死亡使河道糙率发生变化导致水位变化。另处，有些特殊河道内水生植物生长、死亡使河道糙率发生变化导致水位变化。另处，有些特殊情况，如堤防的溃决，洪水的分洪，以及北方河流结冰、冰塞、冰坝的产生与消情况，如堤防的溃决，洪水的分洪，以及北方河流结

10、冰、冰塞、冰坝的产生与消亡，河流的封冻与开河等，都会导致水位的急剧变化。亡，河流的封冻与开河等，都会导致水位的急剧变化。 水体的相互干扰影响也水体的相互干扰影响也会使水位发生变化，如在河口汇流处的水流之间会发生相互顶托；水库蓄水产生会使水位发生变化，如在河口汇流处的水流之间会发生相互顶托；水库蓄水产生回水影响，使水库末端的水位抬升；潮汐、风浪的干扰同样影响水位的变化。回水影响，使水库末端的水位抬升；潮汐、风浪的干扰同样影响水位的变化。 水位是水体水位是水体(如河流、湖泊、水库、沼泽等如河流、湖泊、水库、沼泽等)的门由水面相对于某一基面的高程。的门由水面相对于某一基面的高程。一般以一般以个基本水

11、准面为起始面，这个基本水准面又称为基面。由于基本水准个基本水准面为起始面，这个基本水准面又称为基面。由于基本水准面的选择不同，其高程值也不同，在测量工作中面的选择不同，其高程值也不同，在测量工作中般均以大地水准面作为高程基般均以大地水准面作为高程基准面。大地水准面是平均海水面及其在全球延伸的水准面，各国只能以某一海滨准面。大地水准面是平均海水面及其在全球延伸的水准面，各国只能以某一海滨地点的特征海水面为准。这样的基准面也称绝对基面。另外，水文测验中除使用地点的特征海水面为准。这样的基准面也称绝对基面。另外，水文测验中除使用绝对墓面外，还有假定基面，测站基面、冻结基面等绝对墓面外，还有假定基面，

12、测站基面、冻结基面等1绝对基面绝对基面 一般是以某一海滨地点的特征海水面为准，这个特征海水面的高程定为一般是以某一海滨地点的特征海水面为准，这个特征海水面的高程定为0000m，目前我国使用的有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。，目前我国使用的有大连、大沽、黄海、废黄河口、吴淞、珠江等基面。2假定基面假定基面 若水文测站附近没有国家水准网，其水准点高程暂时无法与全流域统一引若水文测站附近没有国家水准网，其水准点高程暂时无法与全流域统一引据的某一绝对基面高程相连接，可以暂时假定一个水准基面，作为本站水位或高程起算据的某一绝对基面高程相连接，可以暂时假定一个水准基面，作为本站水位或高程起

13、算的基准面。如暂时假定该水准点高程为的基准面。如暂时假定该水准点高程为100000m，则该站的假定基面就在该基本水准，则该站的假定基面就在该基本水准点垂直向下点垂直向下100m处的水准面上。处的水准面上。 3测站基面测站基面 测站基面是假定基面的一种，它适用于通航的河道上，一般将其确定在测测站基面是假定基面的一种，它适用于通航的河道上，一般将其确定在测站河库最低点以下站河库最低点以下05-1Om的水面上，对水深较大的河流，可选在历年最低水位以下的水面上，对水深较大的河流，可选在历年最低水位以下05-1Om的水面作为测站基面的水面作为测站基面。4冻结基面冻结基面 冻结基面也是水文测站专用的一种固

14、定基面。一般是将测站第一次使用的基冻结基面也是水文测站专用的一种固定基面。一般是将测站第一次使用的基面固定下来，作为冻结基面。面固定下来，作为冻结基面。1、基本水尺的水位观测，应测算出一年中各日的日平均水位，最高、最低水位及洪水变化过程。水库水面截于水尺刻划的数值，叫水尺读数。水尺读数加水尺零点高程，即为当时的水库水位，水位以米为单位，记至厘米。水位的观测时间，以24小时制记录，以观测的水位数值，查水位库容表得蓄水量。当水位平稳，一日内变幅不大，一般采用二段制观测（即8时、20时），如一日内水位变幅较大应采用四段制或八段制观测，（即2时、8时、14时、20时或2时、5时、8时、11时、14时、

15、17时、20时、23时）。2、最好采用自记水位计进行观测：记录一日内水位变幅过程，然后进行必要的扎录。3、日平均水位的计算。（1） 算术平均法：（8+20）2（即8时水位+20时水位除2得之）（2） 面积包围法： 1G=G0a+G1（a+b）+Gn-1(m+n)+Gnn 48水位的计算与记录水位的计算与记录流量测验 测量流量的方法很多，常用的方法为流速面积法，其中包括流速仪测流法、浮标测流法、比降面积法等。 流速仪法是用流速仪测定水流速度，并由流速与断面面积的乘积来推求流量的方法。它是目前国内外广泛使用的测流方法，也是最基本的测流方法。 流速仪法思路：流速仪法思路： 用流速仪测流实际上是将过水

16、断面划分为若干部分，计算出各部分面积；然后用流速仪近似地测算出各部分面积上的平均流速；两者的乘积为通过各部分面积的流量；累积各部分面积上的流量即得全断面的流量。 ( (一一) )断面测量断面测量 水道断面的测量，是在断面上布设一定数量的测深垂线，施测各条垂线的水深水深，同时测得每条测深垂线与岸上某一固定点（断面的起点桩，一般设在左岸）的水平距离（称为起点距起点距），并同时观测水位，用施测时的水位减去水深，得到各测深垂线处的河底高程。水深测量水深测量 测量水深的方法通常用测深杆、测深锤、铅鱼直接测出每根测深垂线的水深。当水很深、流速很大时， 可用回声测深仪测量水深。起点距的测定起点距的测定 断面

17、索法 断面索法是在断面上架设钢丝缆索，每隔适当距离做上标记，并事先测量好它们的位置，测量水深的同时，直接在断面索上读出起点距。这种方法适合于河宽较小、水上交通不多、有条件架设断面索的河道测站，精度较高。交会法 )经纬仪岸上交会经纬仪岸上交会法法：水文站在布设测流断面时，同时布设基线，并用精确方法量出基线的长度，测角时，将经纬仪安放在基线的终点，测出角度 ，则起点距为 D=Ltg。 交会法示意图 )六分仪船上交会法六分仪船上交会法： 当河道较宽时，岸上与船上联络困难，风浪较大时用经纬仪瞄准河中活动的目标，施测有些困难，此时可使用六分仪交会法。手握仪器即可测出角 ，能在船上使用，因此水文勘测中经常

18、使用。 计算起点距的公式为 ：D=Lctg ( (二二) )流速仪流速仪测速测速旋杯式旋杯式LS68-2型旋杯式流速仪 流速仪测速原理流速仪测速原理是利用水流冲动流速仪的旋杯或旋桨，同时带动转轴转动，在装有信号的电路上发出讯号，便可知道在一定时间内的旋转次数，流速愈大，转轴转得愈快，流速与转速之间有一定的关系。 式中： N - 流速仪在测速历时T内的总转数，一般是根据讯号数，再乘上每一讯号代表的转数求得； T - 测速历时，为了消除水流脉动的影响，测速历时一般不应少于100s。 - 流速测量 流速仪只能测得某点的流速，为了求得断面平均流速，首先在断面上布设一些测速垂线（一般在测深垂线中，选择若

19、干 条同时兼作测速垂线），在每一条测速垂线上布设一定数目的测速点进行测速，最后根据测点流速的平均值求得测线平均流速，再由测线平均流速求得部分面积平均流速，进而推得断面流量。 测速垂线数目，根据河宽、水深来确定。测速垂线上的测点数，根据垂线的水深，流速仪的悬吊方式和测量精度的要求来确定。 我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定：( (三三) )流量计算流量计算 流速仪测流时有专用的记录和计算表格，通常在测流时随即计算流量。 方法方法是是：点流速- 垂线平均流速- 部分面积平均流速- 乘以对应的部分断面面积- 部分流量- 全断面流量。 1.1.垂线平均流速的计算垂线平均流速的计算 一点法： Vm

20、 = V0.6 二点法： Vm = (V0.2 + V0.8 ) / 2 三点法： Vm =(V0.2+V0.6+ V0.8 ) / 3 五点法： Vm = ( V0.0 + 3 V0.2 +3 V0.6 + 2 V0.8 + V1.0 ) / 10 2.2.部分面积平均流速的计算部分面积平均流速的计算 部分面积平均流速是指两测速垂线间部分面积的平均流速，以及岸边或死水边与断面两端测速垂线间部分面积的平均流速。 中间部分面积平均流速的计算 Vi = ( Vmi-1 + Vmi ) 岸边部分面积平均流速的计算 V1=Vm1 或 Vn = Vmn 3.3.部分面积的计算部分面积的计算 部分面积是以测速垂线为分界。岸边部分按三角形计算，中间部分按梯形计算。4.4.部分流量的计算部分流量的计算 由各部分的部分平均流速与部分面积之积得到部分由各部分的部分平均流速与部分面积之积得到部分流量。流量。 5.5.断面流量的计算断面流量的计算