雨量站水位站讲义
《水文测验学讲义》课件
具有系统性、综合性和实践性， 涉及水文学、气象学、测量学、 统计学等多个学科领域。
水文测验学的历史与发展
历史
水文测验学的发展可以追溯到古代的 水利工程实践，随着科技的发展，水 文测验技术不断进步和完善。
发展
现代水文测验学融合了先进的技术手 段，如卫星遥感、GIS技术、自动化监 测等，使得水文数据的获取和分析更 加精准和高效。
据和科学依据。
02
CHAPTER
水文测验的基本原理与方法
水文测验的基本概念
水文测验是对水文要素进行观测、调 查和测量的工作，是水文学的基础。
水文测验的目的是获取水文数据，分 析水文规律，为水资源开发利用、水 利工程设计、防洪减灾等提供科学依 据。
水文要素包括水位、流量、降雨量、 蒸发量等，这些要素的观测数据对于 水资源管理、防洪减灾、水环境保护 等方面具有重要意义。
04
CHAPTER
水文测验的现代化与新技术 应用
遥感与GIS在水文测验中的应用
遥感技术
利用卫星或飞机搭载的遥感器获取地 表水文信息，如水位、流速、流向等 ，具有大范围、快速、准确的特点。
GIS技术
地理信息系统，用于水文数据的空间 分析和可视化，有助于理解水文现象 的空间分布和相互关系。
自动监测与数据传输技术
自动监测
利用传感器和仪表对水文数据进行实时监测，如水位、流量、水质等，提高了数据获取的准确性和时效性。
数据传输
通过无线或有线方式将监测数据实时传输到数据中心，便于远程监控和数据分析。
水文模型与模拟技术
水文模型
利用数学模型模拟水文循环过程，如降雨、蒸发、径流等，有助于预测水文情势和评估水环境影响。
模拟技术
水文测验的资料整理与分析
水文测站及水位
在时间系列上辅助了专用站。
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2、水文站网
水文测站在地理上的分布网称为水文站网。
水文站网布站的原则是：通过所设站网采集到的水文信息经 过整理分析后，达到可以内插流域内任何地点水文要素的特征 值。
水文测站及水位
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主要内容
➢ 水文测站 ➢ 水位及其观测
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一、水文测站
• 内容提要 1.水文测站的内容和分类； 2.水文站网的定义和布设原则； 3.水文测站的设立； 4.收集水文信息的基本途径。
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1、水文测站
在流域内一定地点(或断面)按统一标准对所需要的水文要 素作系统观测，以获取信息并进行处理为即时观测信息，这 些指定的地点称为水文测站。
1983年某站逐日平均水位表
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• 日平均水位计算方法
（1）算术平均法：适用于一日内水位变化缓慢，或水位变化 较大，但系等时距人工观测或从自记水位计上摘录情况。
n
Zi Z 1
n
（2）面积包围法：适用于一日内水位变化较大，且系不等时 距观测或摘录情况。即将当日0~24小时内水位过程线所包围的 面积，除以一日时间求得。
能将水位变化过程自动记录下来，有的还能将所观测的数据 以数字或图像的形式远传室内，使水位观测工作趋于自动化和 远传化。 按感应水位的方式分：浮子式、水压式、超声波式等多种类型。
按传感距离可分为：就地自记式与远传、遥测自记式两种。 按水位记录形式可分为记录纸曲线式，打字记录式、固态模
水文学原理水文预报：第2章 降水观测与资料整编
2.1 观测场地
2.1.1 场地查勘
（1）地名和交通通信条件等。 （2） 附近雨量站分布情况。 （3） 自然地理特征和水体分布情况。 （4） 当地降水和气温等气候特征。 （5） 雷电情况。 （6） 场地周围障碍物情况。 ➢ 要求：满足观测资料具有可靠性、代表性和一致性。
2.1.2 场地环境与设置
mm mm mm mm mm mm
（2）时段降水量摘录：经过订正后，将要摘录的各时段雨量填记在自记纸相 应的时段与记录线的交点附近，如某时段降水量为雹或雪时应加注雹或雪的符号。
底水量
未虹吸水量
2.7 降水量观测误差
• 用雨量器（计）观测降水量，由于受观测场环境、气候、 仪器性能、安装方式和人为因素等影响，使降水量观测值 存在系统误差和随机误差，其组成如下式： p=pm+△p △p＝△pa+△pw+△pe-△ps-△pb±△pg±△pr±△pj
2.1.3 雨量站考证
（1）查勘设站任务完成后应及时编制考证簿，建立技术档案。 （2）逢5年份应考证雨量站情况；逢0年份可重新考证。雨量站 考证内容有变化时，应随即补充或另行建立考证簿。 （3）考证内容包括测站沿革、观测员情况、观测场地环境、仪 器使用情况。 （4）考证簿应采用纸质和电子文档两种方式保存。
（2）记录笔到10mm或10mm以上等一段时间后才虹吸，记录线呈平顶状，则从 开始平顶处顺趋势延长至与虹吸线上部延长部分相交为止，延长部分的降水量不 应大于按储水器水量算得的订正值。
（3）大雨时，记录笔不能很快回到零位，致使一次虹吸时间过长。
4、下列记录线虽不正常，但可按实际记录线查算降水量： （1）虹吸时记录笔不能降至零线，中途上升。
1、虹吸量订正
（1）当自然虹吸雨量大于记录量，且按每次虹吸平均差值 达到0.2mm，或一日内自然虹吸量累积差值大于记录量达 2.0mm时，应进行虹吸订正。订正方法是将自然虹吸量与 相应记录的累积降水量之差值平均(或者按降水强度大小) 分配在每次自然虹吸时的降水量内。
水信息技术复习资料
1、水信息：与水有关的（如水文、气象、水力学和水文地质等方面）信息。
水信息技术：对水信息进行搜集、处理、储存、检索的技术。
2、站网规划：拟定和选择水文站合理布局的方案。
规划原则：用最经济的站数，把各个水文站布设在恰当的位置，以掌握整个流域（或地区）的水文要素的变化规律。
3、水信息数据处理的含义：按照科学的方法、统一的格式、规范的标准，对测得的水位、流量等资料进行整理、分析，加工成系统、完整、可靠的成果。
1、水文测站：在河流或流域内设立的，按一定技术标准，经常性收集水文要素的各种观测场所。
2、测站按目的和作用分为哪几种类型？基本站、实验站、专用站、辅助站。
3、基本站的含义：为综合需要的公用目的，经统一规划而设立。
基本站按照观测方式又分为：水文站、水位站、雨量站、蒸发站、地下水观测井、泥沙站，水质站。
1、水文站网：在一定区域内，同类的水文测站组合在一起，构成站网。
几种水文站网：流量站网、水位站网、泥沙站网、雨量站网、水面蒸发站网、水质站网、地下观测井网等。
2、流量站的类型？按水体类型不同，流量站分为：河道站、水库站、湖波站、验潮站、河道站的类型。
3、流量站网布设的原则：1、线的原则2、区域的原则3、分类的原则。
1、测站控制及其两种形式：断面控制；河槽控制。
测站控制有何意义：有测站控制时，其水力因素在同一水位下保持不变，或虽有变化但可以相互补偿，使得水位流量关系单一。
2、测站断面的四种基本类型：基本水尺断面：通过水位观测，提供水位变化过程的资料，并靠它来推求断面的流量。
设立基本水尺断面，应以建立稳定、简单的水位流量关系为主要目标。
基本水尺断面应设置在具有断面控制地点上游附近。
测验河段内，当改变基本水尺断面位置，对水位流量关系无明显改善时，应将其设置在测验河段的中央。
基本水尺断面应大致与流向垂直。
与测流断面之间，不应有较大支流汇入或有其它因素，造成水量的显著差异。
流速仪测流断面：由于泥沙测验必须与流量测验同时进行，所以该断面同时又用于输沙率测验。
第6章水位、流量资料整编ppt课件
二、水位流量关系曲线的低水延长 确定断流水位，以断流点作控制，按趋势向下外 延 Z～Q 关系线。 （一）根据测站纵横断面图确定
断面
纵断面图
横断面图
（二）分析法确定断流水位 当无条件采用上述方法确定断流水位时、只要断 面整齐，在延长部分的水位变幅内河宽无显著变化，且 无分流、浅滩存在时，可以采用此法来确定断流水位。 这时，假定关系曲线的低水部分可用以下方程式表示：
x ux n px 0 . 5 n k 0 . 5 0 . 5 n y 0 n p q0 . 5 n 0 . 5 n
合并两种情况，取统计量
U k 0 .5 n 0 .5 0 .5 n
取显著水平为 则在置信水平 1 下，如果有
U U 1 / 2
V d n
2/ 3 1 1/ 2
S
再点绘 （ Z ， n）关系点，定出关系线，延长该线。由实 测高水位查 Z～n 线。由大断面资料计算 d ，代入曼
V 。由大断面资 宁公式求高水流速，据此可延长 Z～ 料可计算高水面积，这样就可延长 Z～Q 曲线了。 2.无比降资料 1 1/ 2 1 1/ 2 Z ～ 根据实测流量用曼宁公式计算 n S ，绘制 n S 线。在河道顺直，断面均匀，坡度平缓的测站，高水部 1 1 1/ 2 Z ～ S 分 n 接近于常数， n S1/ 2 关系线在高水部分可顺 趋势延长。因
pi
T
p n
S
服从 t ( n ) 分布。显然，如果假设统计量 T 与0没有显著 差异等价与假设 p 与0没有显著差异。 在一定置信限 1水平下检验假设是否成立？查 1 的临界值 t1 / 2 ，若 t t1 / 2 则接 t 分布表相应于 受原假设（定线合理），否则拒绝原假设（定线不合理 ）。 （四）学生式 t 检验 检验两组来自同一总体的样本数据的平均值是否 有显著差异？用于水文测验上就是判断两组水位流量关 系点是否可以定为同一根关系曲线？
水文勘测(水位、流量、三等、雨量器)培训课件
3.2 流速仪的种类和型式
➢ 一般常用的流速仪，是机械式转子流速仪。转子式流速仪分
为旋杯式和旋桨式两种。
1、（1）旋杯式流速仪
（2）旋浆式流速仪
2、流速仪流速计算公式
v KN C T
式中： v ——水流速度 m/s T ——测速历时(≥100s) N ——旋转器在T秒内的总转数 K ——水力螺距，表示流速仪的转子旋转一周 时，水质点流动的长度。 C——附加常数，表示仪器在高速部分内部各 运动件之间的摩阻，为仪器的摩阻常数。
基面：计算高程和水位的起始水平面。 高程：某点沿铅垂线方向到基面的距离，也称海拔。 水文测验中采用的基面有： ➢ 绝对基面： 将某一海滨地点平均海水面的高程定为0m，作
为水准基面。现在统一规定的基面为1985国家高程基准。 ➢ 假定基面： 在水文测站附近没有国家水准点情况下暂时假
定的一个水准基面。 ➢ 测站基面 ➢ 冻结基面
流速测点
宽度 深度
3.5 测速垂线的布设应满足以下要求
•测速垂线宜分布均匀，并能控制断面地形和流速沿河宽分布 的主要转折点，无大割大补。 •主槽垂线较河滩为密。 •对于测流断面内，大于总流量1%的独股分流、串沟，需布设 测速垂线。 •随水位级的不同，断面形状或流速横向分布有较明显变化的， 可分高、中、低水位级分别布设测速垂线。
2.5、测站基面示意图
2.6、名词解释
1、洪水：江河水量迅速增加，水位急剧涨落的现象。 2、警戒水位：可能造成防洪工程出现险情的河流和其 它水体的水位。(此水位多取定在洪水普遍漫滩或很重要 堤段开始漫滩偎堤） 3、保证水位：能保证防洪工程或防洪区安全运行的最 高水位。（当洪水达到或低于这一水位时，有关部门有 责任保证堤防等有关工程的安全） 4、相应水位：在一次实测流量过程中，与该次实测流 量相等的某一瞬时流量所对应的水位。
水位计、雨量计知识总结
水位计1水位计超声波水位计、雷达式水位计；（水位记录方式主要有：记录纸描述，数据显示或打字记录,穿孔纸带,磁带和固体电路储存等。
水位计的精确度一般在1～3厘米以，中国制造的水位计的记录周期有1天、30天和90天等。
走时误差,机械钟为2分/日，石英晶体钟小于5分/月。
）1.1浮子式水位计浮子式水位计：利用浮子跟踪水位升降，以机械方式直接传动记录。
用浮子式水位计需有测井设备(包括进水管)。
浮子式水位计信号输出方式：格雷码、R485、2-20mA模拟量输出用较广。
工作原理：浮子水位计以浮子感测水位变化，工作状态下，浮子、平衡锤与悬索连接牢固，悬索悬挂在水位轮的“V”形槽中。
平衡锤起拉紧悬索和平衡作用，调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。
在水位不变的情况下，浮子与平衡锤两边的力是平衡的。
当水位上升时，浮子产生向上浮力，使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转，水位编码器的显示读数增加；水位下降时，则浮子下沉，并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转，水位编码器的显示器读数减小。
仪器的水位轮测量圆周长为32厘米，且水位轮与编码器为同轴联接，水位轮每转一圈，编码器也转一圈，输出对应的32组数字编码。
当水位上升或下降，编码器的轴就旋转一定的角度，编码器同步输出一组对应的数字编码（二进制循环码，又称格雷码）。
不同量程的仪器使用不同长度的悬索能够输出1024至4096组不同的编码，可以用于测量10至40米水位变幅。
通过与仪器插座相联接的多芯电缆线可将编码信号传输给观察室的电显示器或计算机，用作观测、记录或进行数据处理；安装有RS485数字通信接口（或4-20mA）的水位计，可以直接与通信机、计算机或相应仪表相联接，组成为水文自动测报系统。
仪器的置式RS485数字通信接口（选装），具备选址、选通功能，能以二线制方式远距离传输信息，在一对双绞线信号线上可以驱动或接收多台水位（或闸位）传感器，实现遥测组网。
显示、控制系统（如船闸、水电站、抽水蓄能电站、农业灌溉系统，给排水系统等）；配置RS485通信接口的水位仪，可直接与通信机、计算机联网使用组成水文自动测报系统、水情卫星遥测系统；配置存贮记录单元的仪器可广泛用于水文站。
讲义(水文站基本测验项目建设要求)
• 开口式的特点是：牵引索兼有“循 回、起重、悬索”三种作用；铅鱼 （仪器）的升降是通过岸上支架游 轮来回运动来操纵。 • 适应多种形势的河道，但地形上必 须有足够的游轮移动空间保证。
水文测流缆道基本概念
• 水文缆道的组成：索、架、锚，绞车、铅鱼、控制系统，音响系统， 流量测算系统等。 • 索：主索、循回索、起重索。其粗细根据缆道跨度、水流流速、铅鱼 配重以及钢绳破断拉力等因素确定。 • 主 索：悬索缆道主索是承载行车、铅鱼、泥沙采样器、流速仪 等测验仪器设备的载体。 • 循回索：用于牵引缆道行车往返水平运动绳索。 • 起重索：用于牵引水文缆道的铅鱼、测杆、悬杆、采样器等升降 运动。 • 架：塔架（或桩），塔架从材质上分钢筯砼、钢塔，从直立形式上分 自立塔与自立塔，自立塔靠自身重量直立并克服来自各绳索等各方面 的横向（侧向）拉力，非自立塔则是需要靠拉偏索平衡各方向的外 力。塔架形式需根据河岸地势、河道地形以及河道宽度等因素确定。
测试内容及说明
按被测翻斗传感器参数填写 应大于10mm 翻斗计数量等效达10mm时量杯内的剩余水 量 准备水量-剩余水量 等效10mm输出时的翻斗翻动次数 (10.0-实际注入水量)/实际注入水量 以实际翻斗次数对 RTU 计数进行符合性比 对
≤12.5
＞12.5
≤25
＞25
±4%
测试结果
备注及测试结论
水文测流缆道建设概念及实例
• 水文缆道驱动方式（控制系统）：全自动、半自动。
水文测流缆道建设概念及实例
• 水文缆道信号系统：水文缆道信号系统主要是实现行车运 行的水平距离即起点距、铅鱼（或采样器）垂直升降的高 度即水深（以上简称水文缆道的运行参数）以及流速仪转 动速度等参数的测量与记录计算的设备。
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浮子式水位计适用于测井
水尺（直立式水尺与斜波水尺）
水准点布设
水尺引测基本原理
水面
避雷接地体敷设要求
锈钢机箱内，并且要求安装牢固，箱内各线缆采用线槽布置，线缆头采用接线端子压接。 • （1）一体化机架和机箱采用不锈钢材料制作，其材质厚度不小于1mm。 • （2）一体化机架和机箱外观应美观、大方，比例适当，表面光洁，焊接部分不能有夹 渣、气孔等缺陷，机箱上应该有标明为防汛设备或同类信息的警示标识。 • （3）一体化机架、机箱、天线、雨量筒等部件金属外壳需要形成等电位体，最终通过 机架接到保护地网上。 • （4）机架、机箱和其他部件采用不锈钢材质连接件、紧固件连接和紧固，各种外露的 线缆采用不锈钢包塑波纹管保护。
雨量站选址
• 降水量观测误差受风的影响最大，因此， 观测场地应避开强风区，其周围空旷、平 坦、不受突变地形、树木和建筑物以及烟 尘的影响。 • 观测场不能完全避开建筑物、树木待障碍 物的影响时，雨量计离开障碍物边缘的距 离不应小于障碍物顶部与仪器口高差2倍。
雨量站选址环境要求
h 30o 2h
一体化雨量站的集成建议
分辨力 （mm） 0.1、0.2 0.5 1.0
测试项目 雨量计分辨力 准备水量 剩余水量 实际注入水量 雨量计实际翻斗次数 误差（%） RTU读数 测试内容及说明 按被测翻斗传感器参数填写 应大于10mm 翻斗计数量等效达10mm时量杯内的剩余水量 准备水量-剩余水量 等效10mm输出时的翻斗翻动次数 (10.0-实际注入水量)/实际注入水量 以实际翻斗次数对RTU计数进行符合性比对 测试结果
遥测雨量站基本要求
1、雨量的基本概念及传感器选型 2、雨量站选址 3、一体化雨量站的集成建议 4、雨量站的安装要求
雨量的基本概念
•雨量即降水量，是衡量一个地区降水多少的数据。是指在一定时 间内，降落到水平面上（假定无渗漏，不流失，也不蒸发）累积 起来的水的深度，称为降水量（以毫米为计算单位）。
20cm口径雨计
• 按《水位观测标准》（GB/T50138-2010） 要求进行选址和建设 • 目前常用水位计有：浮子式水位计、雷达 水位计、压阻式水位计、超声水位计、气 泡式水位计等。 • 水位站一般应设立校核水尺及水准点，而 水尺又可根据地形可选择直立水尺和斜坡 水尺。水准点一般应设1个基本水准点和2 个校核水准点。
面应具有一定的活动场地或朝向围栏门一方，宜于机箱安装与维护。支架与基座螺栓应良好接触，与设 备地网成等电位体。 ⑸ 一体化遥测设备机箱紧固于一体化支架中部适当位置，以便于维护为准。
⑹ 各种进入机箱的管线应用金属管（或金属软管）保护。同时在接口处应防水及防止虫蚁进入。 ⑺ 太阳能板安装在一体化支架上部，太阳能板面朝正南方，与水平方向形成30°夹角。且正南方向应 尽可能空旷，使太阳能尽可能多的接受日光照射。 ⑻ GPRS与北斗卫星天线安装在支架上部固定，其GPRS天线应采用非金属保护罩加以保护。
降雨量mm
雨量传感器选型
•根据《降水量观测规范》（SL21-2006）规定： 1、需要控制雨日分布变化的雨量站应记至 0.1mm;需选用 0.1mm 雨量传感器(一般用于气象部门，水文部门一般是和水面蒸 发配套时选用）; 2、多年平均降水量小于 800mm 的地区，可记至 0.2mm,因此， 可选用 0.2mm 的翻斗雨量传感器，(在四川主要是甘孜州、阿坝 州、凉山州等少雨干汉地区）; 3、多年平均降水量大于 800mm 以上地区，可记至 0.5mm,因 此，可选用 0.5mm 的翻斗雨量传感器，（在四川大部份地区均选 用这种传感器）;
• 安装方式采用野外一体化机架和不锈钢机箱方式，雨量器安装在一体化机架顶端，不锈 钢机箱安装在机架中部侧面，高度以便于检修和维护时开启为准，并能可靠锁住。太阳能 电池板、通讯模块天线等能合理、牢固地安装在机架上，各安装点能在水平和垂直方向具 备一定的调节能力，避免安装设备的相互干扰或遮挡。 • 将RTU、通讯模块（GPRS、卫星终端）、充放电控制器、蓄电池等规范集成在一体化不一体化雨源自站基座遥测雨量站安装调试步骤：
1、保证基座台面平整与水平 2、支架安装保证垂直 3、雨量计器口保证水平 4、调试将圆水准居中 5、太阳能板感光面朝正南方
遥测雨量站调试
遥测雨量站调试
• 根据《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2003）要求，在雨量站安装完成 后应进行雨量计滴定测试，测试要求如下：
≤10 ±0.4mm
＞10 ±4%
自身排水量（mm） ≤12.5 ＞12.5
≤25
＞25
±0.5mm
±4% ±1.0mm
备注及测试结论
±4%
遥测水文（位）站的基本要求
1、基础设施及设备选型 2、水尺（直立式水尺与斜波水尺） 3、水准点布设 4、水尺引测基本原理 5、避雷接地体敷设要求
基础设施及设备选型
雨量站的安装要求
一体化机架及机箱安装
⑴ 一体化机架及机箱安装施工分别由安装基座施工、安装支架施工、护管材料、遥测站集成施工等分 项组成。 ⑵ 一体化基础应坚固稳定，采用钢筋砼制作，根据一休化支架的安装尺寸制作并预埋基础螺丝，其基
础螺丝必须与设备接地网良好连接，形成等电位体。 ⑶ 基础台面要求平整与水平，将一体化雨量支架安装在基础平台上。基座参考尺寸： 1000*1000*600(mm)。最终尺寸以一体化支架安装尺寸确定。 ⑷ 一体化支架在基座上安装，用三个基座螺栓固定于基座顶部，支架立柱应垂直于水平面。机箱悬挂