水文测验与资料整编：第3章-水位观测课件.ppt

1、第第3章章 水位观测水位观测3.1 概述概述3.1.1 水位观测的意义 水位是最基本的观测项目，其资料可以单独使用，也可配合其它项目使用。（1）水位是水利建设、防汛抗旱斗争的重要依据。（2）水位是推算其它水文数据并掌握其变化过程的间接资料。3.1.2 基面的概念基面是计算水位和高程的起始面。基面可以取用海滨某地的多年平均海平面或假定平面。常用的基面有绝对基面、假定基面、测站基面和冻结基面。1、绝对基面：一般是以某一海滨地点平均海平面的高程定为零的水准基面。我国的标准基面是黄海基面。2、假定基面：在水文测站附近没有国家水准点的情况下，可以假定一个水准基面，作为该测站的水位或高程的起算零点。3、测

2、站基面：它是某些水文测站专用的一种假定基面，一般选择在历年最低水位或河床最低点以下0.51.0m处的水平面。4、冻结基面：它是将第一次使用的基面冻结下来作为永久固定基面的一种基面，属于水文测站专用的另一种假定基面。基面、水准点、水尺零点和水位的关系图基面、水准点、水尺零点和水位的关系图3.1.3 水位观测的要求1、水位观测精度。一方面，水位观测资料必须满足它单独使用时应具备的精度；另一方面，水位观测配合其它项目使用时，还需满足其它项目对水位资料的精度要求。2、水位观测测次。应能测到完整的水位变化过程，满足日平均水位计算、各项特征值统计、水文资料整编和水情拍报、水文预报的要求。3、水尺比测。当水

3、位的涨落需要换水尺观测时，应对两只相邻水尺同时比测一次。当比测的水位相差不超过2cm时，以平均值作为观测水位，否则应查明原因或校测水尺零点高程。4、洪、枯水期观测。枯水期，应根据密切注意水位变化，及时向河心方向增设水尺，以测得最低水位（或河道干涸）及其出现时间。当遇特大洪水或洪水漫滩漫堤，应在断面附近适当地点设置临时水尺。5、观测误差控制。观测员观测水位时，身体应蹲下，使视线尽量与水面平行，避免产生折光。3.1.4 影响水位变化的因素 水位的变化主要决定于水体自身水量的变化，约束水体条件的改变以及水体受干扰的影响等三方面因素。1、在水体自身水量的变化方面，江河、渠道来水量的变化，水库、湖泊因入

4、、出流量的变化和蒸发、渗漏等使总水量产生增减，都会使水位发生相应的涨落变化。2、在约束水体条件改变方面，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；闸门的开启与关闭等都会引起水位变化。3、在水体受干扰影响方面，如一些水流间发生相互顶托，会干扰水流的输送条件，潮汐、风浪的干扰作用等，都会影响水位的变化。3.2 测站高程控制系统测站高程控制系统3.2.1 基本水准点、校核水准点设置1、水准点：用水准测量方法测定的高程控制点。该点相对于某一采用的基面的高程一般是已知的，并设有标志或埋设带有标志的标石。（1）基本水准点，是水文测站永久性的高程控制点。应设在测站附近历年最高水位以上、

5、不易损坏且便于引测的地点。（2）校核水准点，是用来引测和检查水文测站的断面、水尺和其它设备高程经常作校核测量的控制点。可根据需要设在便于引测的地点。（3）临时水准点，因水文勘测等工作需要而在特定地点设立的短期高程控制点。2、水文站应在不同位置设置三个基本水准点。3.2.2 高程测量1、水准点的引测（1）水文测站的基本水准点，其高程应从国家一、二等水准点（国家基本水准点）用不低于三等水准引测，条件不具备时可由国家三等水准点引测。（2）当水文站设有三个基本水准点，应用环形闭合水准路线进行水准点联测，构成高程控制自校系统。（3）校核水准点从基本水准点用三等水准测量引测，条件不具备时，也可以用四等水准

6、测量引测。2、水准点的校测 基本水准点每5年10年校测一次；校核水准点应每年校测一次。3.2.3 水尺接测与校测 水尺零点高程，水尺的零刻度线相对于某一基面的高程。1、测算要求（1）采用s3级水准仪，双面标尺，往返测。（2）需要校核的各支水尺，在往测和返测过程中，都要逐个测读。推算往返二次各测点高程均应由校核或基本水准点开始。（3）当新测高程与原用高程相差不超过本次测量允许不符值，或虽超过允许不符值，但10mm时（比降水尺5mm），仍用原高程，否则应采用新高程，并查明原因。2、水尺零点高程的校测（1）校测次数与时间1）一般每年汛前应将所有水尺全部校测一次，汛后应将本年洪水到达过的水尺校测一次。

7、2）冲淤严重或漂浮物较多的测站，在每次洪水后，必须对洪水到达过的水尺校测一次。3）当发现水尺变动或在整理水位观测成果时发现水尺零高有疑问，应及时进行校测。（2）水尺零点高程变动时的订正方法1）确定变动时间，可绘制本站与上、下游站的逐时水位过程线或相关线比较分析确定。2）订正方法，当属于突变时，变动开始至校测时间统一加一改正数；当属于渐变时，渐变期间的水位按时间比例改正。3.3 水位观测和计算方法水位观测和计算方法3.3.1 水位观测方法1、人工观读直接观测 直接观测的设备是水尺，它是每个水位观测点必需的水位测量设备，是水位观测基准值的来源。水尺布设的原则是满足使用要求，保证观测精度，经济安全。

8、水尺是为直接观测河流或其他水体的水位而设置的标尺。水尺的形式：应优先选用直立式水尺；可选用倾斜式水尺；可选用矮桩式水尺。当断面情况复杂时，可按不同的水位级分别设置不同形式的水尺。直立式水尺分级设置示意图水文站直立式水尺水文站直立式水尺斜坡式水尺设置示意图 倾斜式水尺倾斜式水尺矮桩式水尺分级设置示意图（1）水尺的布设1）水尺设置的位置必须便于观测人员接近，能够直接观读。2）水尺布设的范围，应高于测站历年最高、低于测站历年最低水位0.5m。3）基本水尺是水文站或水位站用来经常观测水位的主要水尺。同一组的各支基本水尺，应设置在同一断面线上。当因地形限制或其他原因必须离开同一断面线设置时，其最上游与最

9、下游一支水尺之间的同时水位差不应超过1cm。4）同一组的各支比降水尺，当不能设置在同一断面线上时，偏离断面线的距离不得超过5m，同时任何两支水尺的顺流向距离不得超过上、下比降断面间距的1/200。5）相邻两支水尺的观读范围至少有0.1m以上的重合，当风浪经常较大时，重合部分可适当加大。（2）水尺的编号1）对设置的水尺必须统一编号，各种编号的排列顺序应为：组号：代表水尺名称；脚号：代表同类水尺的不同位置；支号：代表同一组水尺中从岸上向河心依次排列的各 支水尺的次序；支号辅助号：代表该支水尺零点高程的变动次数或在 原处改设的次数。2）当设立临时水尺时，在组号前面加一符号“T”，支号按设置的先后次序

10、排列；当校测后定为正式水尺时，则按正式水尺统一编号。3）当水尺变动较大时，可经一定时期后将全组水尺重新编号，可一年重编一次。2、自记水位计记录 利用自记水位计，以图形或数字的形式记录或显 示水位，可以连续地记录水位变化的完整过程。3、水位数据编码存储 用水位传感器感应水位变化，再利用机械或电子 编码器将传感器输出的水位信号进行数字编码，转换成数字信号，连同相应的时间编码一起存储 于固态存储器中。4、水位自动测报系统 利用遥测、通信和计算机等技术，完成水位数据的收集和处理的系统装置，由中心站、遥测站和通道三部分组成。3.3.2 水位观测设备 间接观测设备是利用机械、电磁等感应作用，间接地测记水位

11、变化的设备。1、浮子式自记水位计它是利用机械、压力、声、电等的感应作用，间接测记水位变化的设备，可以实现水位的自记和遥测。（1）基本构件及功能 感应部分：直接感应水位变化。构件为浮筒、悬索、平衡锤。传动部分：将浮筒所感应水位的升降变化传给记录部分。它主要由比例轮（或称感应轮）及变速齿轮组（立式仪器中使用）组成。记录部分：包括记录转筒、自记钟、自记笔及导杆等。靠它们的联合作用可绘出水位升降变化的曲线。（2）种类1）横式自记水位计 它的记录转筒为水平装置，并由比例轮直接带动。1）横式自记水位计SW40型日记水位计主要技术指标记录时间：24h；日时间记录误差：使用机械钟5min、使用石英钟3min；

12、水位变幅：不限。记录筒可循环连续记录；水位比例：1:1、1:2、1:5、1:10；水位记录误差（变幅8m）：1:1、1:2为1.5cm，1:5、1:10为2cm；水位灵敏阈：2mm；浮筒直径：200mm；环境温度1040；水位轮周长：800mm、400mm；悬索：不锈钢丝绳，直径1mm。2）SWY20型月记水位计（3）自记水位计的形式与设置 自记水位计的形式，应根据河流特性、河道地形、河床土质、断面形状或河岸地貌以及水位变幅、涨落率、泥沙等情况确定。选用的仪器，必须是经过国家水文仪器检测中心检测，符合国家标准的产品。设置自记水位计，应能测到历年最高和最低水位，当受条件限制测不到历年最高、最低水

13、位时，应配置其他水文观测设备。浮子式自记水位计适用于可修建测井、无封冻、河床无较大冲淤变化的测站，应设置在岸边顺直、水位代表性好、不易淤积、主流不易改道的位置，并应避开回水和受水工建筑物影响的地方。浮子式自记水位计由自记仪和自记台两部分组成。自记台按结构形式和在断面上的位置可分为：岛式：岛式自记台由测井、支架、仪器室和连接至岸边的测桥组成，适用于不易受冰凌、船只和漂浮物撞击的测站。岸式：岸式自记台由设在岸上的测井、仪器室和连接测井与河道的进水管组成，可以避免冰凌、漂浮物、船只等的碰撞，适用于岸边稳定、岸坡较陡、淤积较少的测站。岛岸结合式：岛岸结合式自记台兼有岛式和岸式的特点，与岸式自记台相比，

14、可以缩短进水管，适用于中低水位易受冰凌、漂浮物、船只碰撞的测站。浮子式自记水位计水位观测误差 仪器本身的基本误差 校核水尺的误差 观读误差、刻度误差、水尺零点高程的测量误差 静水井的滞后误差 2、压力式水位计 根据静水压强，测定水下已知测点高程以上的水压力，从而推求出水位。3、超声波水位计 超声波式水位计可采用水体或气体作为声波的传播介质，当水体的深度小于1m时，不宜采用水介式。换能器3.3.3 日平均水位的计算1、观测水位计算 观测水位=水尺读数+该水尺的零点高程2、自记水位记录的订正（1）取回自记纸后，应检查记录纸上有关栏目，当漏填或错时，应补填或纠正。当记录线呈锯齿形时，应用红色铅笔通过

15、中心位置划一细线；当记录线呈阶梯形时，应用红色铅笔按形成原因加以订正。（2）使用日记式自记水位计时，一般站一日内水位与校核水位之差超过2cm，时间误差超过2min，应进行订正。当自记水位记录的时间和水位误差超过上述规定时，宜先作时间订正，后作水位订正。（3）时间订正可采用直线比例法，水位订正可采用直线比例法或曲线趋势法，当时间和水位误差采用直线比例订正时，可按下式计算：式中：t订正后的时刻(h)；t0订正前的时刻(h)；t1前一次校对的准确时刻(h)；t2相邻后一次校对的准确时刻(h)；t3相邻后一次校对的自记时刻(h)。1310320ttttttttZt887:4816t1t0t3t204:

16、1607.168248.78168.78161310320htttttttt式中：Z订正后的水位(m)；Z0订正前的水位(m)；Zt2时刻校核水尺水位(m)；Z”t2时刻自记记录的水位(m)；t订正水位所对应的时刻(h)；t1上次校测水位的时刻(h)；t2相邻下一次校测水位的时刻(h)。121/0ttttZZZZZt881 6:0 4t1tt2Z Z ZZ03、日平均水位计算（1）算术平均法 当日内水位变化缓慢、变率比较均匀一致，或水位变化较大、但观测时距相等时，（2）面积包围法当日内水位变化较大、且为不等时距观测时，用面积包围法计算日平均水位。面积包围法是将本日零时到24时内的水位过程线所包

17、围的面积，除以一日的时间所得。nZZnidm1481132221110nnnnndmtZttZttZttZtZZ面积包围法计算日平均水位示意图面积包围法计算日平均水位示意图t0t1t2t3t4tn-2tn-1t1t2t3t4tn-1tnZttn例题：用面积包围法计算8月7日的日平均水位。解：由已知条件内插出7日0时水位为24时水位为7日的日平均水位：6日7日8日时刻22:008:0012:0015:0017:0020:008:00水位7.747.847.437.487.698.288.45mZ76.774.784.722824222474.70mZ34.828.845.820824202428

18、.82434.8Z28.8Z69.7Z48.7Z43.7Z84.7Z76.7Z6543210，420243172051217312154812808566455344233122011tttttttttttttttttt，486656554443332221110tZttZttZttZttZttZtZZdmdm1Z7.7687.84(84)7.43(43)7.48(32)487.69(23)8.28(34)8.3447.82(m)）某水文站每日4段制观测水位的记录如下表所示，试用面积包围法推求7月14日的日平均水位。某水文站水位观测记录表某水文站水位观测记录表月 日7.137.147.15时2

19、028142028水位(m)48.1049.1050.2049.8049.4049.1048.90解：1、内插出7月14日0时水位2、内插出7月14日24时水位3、计算7月14日日平均水位mZ77.484610.4810.4910.480mZ20.494610.4940.4940.49246240.4980.496280.4920.506220.5010.492210.4977.48(241Z4 9.4 04 9.2 04)4 9.6 1m2 习题：某河某站7月5日7日水位变化过程如图所示，试用面积包围法推求6日的平均水位。某水文站观测的水位记录4、日平均水位计算误差分析ZZZ3108ZZZ6

20、5020ZZZ024 ZZZZZ12624Z24481Z24Z24481000240日面ZZZ127ZZ210208日算ZZZ121日面日算米01.0121Z米12.0 Z 日水位变化小于0.06米时，可只在8时观测一次水位；当日水位变化在0.06米0.12米时，可作为水位变化缓慢，只需在8时、20时观测水位；当日水位变化0.12米0.24米时，可作为水位变化较大，应 在2时、8时、14时、20时观测四次；当日水位变化0.24米0.48米时，可作为水位变化较大，应 在2时、5时、8时、11时、14时、17时、20时、23时观测八 次。当日水位变化大于0.48米时，可作为水位变化很大，增加观测

21、次数，每小时1次或2次。5、比降的观测与计算（1）比降的观测（2）比降的计算 )(或万分率LZZSLu3.4 水位数据处理水位数据处理3.4.1 工作内容1、考证水尺零点高程；2、绘制逐时或逐日平均水位过程线；3、编制逐日平均水位表或水位月年统计表和洪水水位摘录表；4、单站合理性检查及综合合理性检查；5、编制水位资料整编说明书。3.4.2 水尺零点高程的考证1、将本年各次水尺校测记录进行整理，填写水尺零点高程考证表。2、结合水准点考证结果，分析水尺零点高程变动原因和测量误差情况。3.4.3 原始资料的审核1、检查水尺使用的日期及零点高程是否正确；2、换读水尺时，两支水尺计算的水位是否衔接；3、

22、抽检水位计算正确性；4、审查水位的缺测、插补、改正是否妥当；5、日平均水位的计算及月、年极值的挑选有无错误；6、对河干、断流情况处理是否合理等。3.4.4 缺测水位的插补1、直线插补法 当缺测期间的水位变化平缓，或虽有较大变化，但属单一上涨或下落时，可用此法。式中：为每日插补的水位差值；为缺测天数；分别为缺测阶段前一日与后一日的水位。缺测日期的水位为 112nZZZZn21,ZZZiZZi1ni2,12、连过程线插补法当缺测时间内水位有起伏变化，如上下游站区间径流增减不多，冲淤变化不大、水位过程线又大致相似时，可参照上下游站水位起伏变化，连绘本站过程线进行插补。3、水位相关法插补 当缺测期间的

23、水位变化较大，或不具备上述两种插补方法的条件，且本站与邻站的水位之间有密切关系时，可采用此法插补。相关曲线可用同时水位或相应水位点绘。如当年资料不足，可借用往年水位过程相似时期的资料。3.4.5 逐日平均水位表的编制1、逐日平均水位表2、月（年）平均水位的计算3、各种保证率水位的统计 水位的保证率的定义一年中日平均水位高于等于某一水位值的天数，称为该水位的保证率。保证率水位主要有最高1天、15天、30天、90天、180天、270天和最低1天等7个保证率的日平均水位。各种保证率水位的统计方法 列表挑选 图解法 日平均水位历时曲线是一个累积曲线，表示大于或等于某一水位值1年中出现的天数，航运工程设

24、计时，很注重此特征值。4、绘制逐时、逐日平均水位过程线5、编制洪水水位摘录表 编制洪水水位摘录表是洪水水文要素(水位、流量、含沙量)摘录表的一部分。摘录：主要大峰（能使上下游配套）一般洪峰（相邻站能配套）洪峰的类型：洪峰流量最大和洪峰总量最大的峰 含沙量最大和输沙量最大的峰 孤立的峰 连续洪峰或特殊峰形的峰 久旱以后的峰。汛初第一个峰和汛末较大的峰 春汛、凌汛或非汛期较大的峰洪水水位摘录表日 期水位(m)日 期水位(m)月日时分月日时分572077.3651814768878.16206514351982520361410981520152077.472088110876.462080.720

25、75.8212811183782312874.5514312073.8720311387022880.96147623879.852095201014874.2724878.2220422077.31584525876.71493262462075.2383316876.2514132077.722075.9517878.83272952079.65876.4182711477.258762078.33.4.6 水位资料的合理性检查从时间上看，水位过程线可分为洪水期、平水期、枯水期；从地区上看可分为山区性河流、平原性河流等。不同时期、不同地区河流的水位变化是不同的。一般天然河道中的水流保持一定

26、的流动规律，水位应具有以下性质：连续性、相似性、相异性、地区性、季节性、反常性等。1、单站合理性检查采用逐时或逐日水位过程线分析检查，根据水位变化的一般特性（如水位变化的连续性、涨落率的渐变性、洪水涨陡落缓的特性等）和变化的特殊性（如受洪水顶托、冰塞、冰坝及决堤等影响），检查水位的变化的连续性与突涨，突落及峰形变化的合理性。水库及堰闸站，还应检查水位的变化与闸门启闭情况的相应性。2、综合合理性检查（1）上下游水位过程线对照当上下游各站水位变化过程相似时，应比较同时段各站水位变化趋势。若发现水位变化过程不相应，则要分析原因。在有闸坝的河段上，作闸上下游水位对照时，可点绘平均闸门开启高度过程线进行

27、比较。当闸门全部提出水面时。上下游站水位变化过程与无闸河段相同。关闸时，下游水位陡落，上游水位陡涨；开闸时情况相反。（2）上下游水位相关图检查 当上下游水流条件相似，河床无严重冲淤看，无闸坝影响时，关系图点群应密集成带状。对个别突出点应认真分析其原因。若点群散乱，说明上下游站水位关系不密切，应分析其原因。（3）特征水位沿河长演变图检查 当一条河流上测站较密，比降平缓，河床无较大冲淤，绝对基面又一致时，连绘的各种特征水位线应从河源平滑递降到河口。否则，应检查水位或基面高程的正确性。同时。还可将历年同类的图互相对照。3.4.7 编写水位资料整编說明书水位观测方法，各时期的观测次数，水位观测设备的使用情况，水准点和水尺零点高程的校核考证情况，当年水情說明，资料整理中发现的问题及其处理情况，资料质量的评价和遗留问题等。