第4章__流量測驗[1]

1、第4章 流量測驗,4.1 概 述,流量:單位時間內(nèi)流過江河某一橫斷面的水量，以m3／s計。一、流量測驗方法分類 （一）面積法 通過實測斷面上的流速和過水斷面面積來推求流量。流速儀測流法：比降面積法：浮標測流法：,(二)水力學法 通過測量水工建筑物的水力因素，代入相應的水力學公式算出流量。 (三)物理法 利用某種物理量在水中的變化來測定流速，并推算流量。超聲波法：通過測定超聲波在水流中的傳播時

2、間來測定水流速度，并結合斷面資料來推求流量的方法。電磁法：利用電磁感應原理，根據(jù)水流切割磁場所產(chǎn)生的感應電勢與水流速度成正比的關系來測定流速，并結合斷面資料以推求流量的方法。光學法:利用光學原理研制的流速儀。(四)化學法 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，將一定濃度已知量的指示劑注入河水中，利用擴散稀釋后的濃度與水流的流量成反比，測定水中指示劑的濃度即可推算.,二、河道中流速的分布,（一）流速脈動 概念:分布情況:,,(二)河道中流速分

3、布1.垂線上的流速分布一般水面的流速大于河底，且曲線呈一定形狀。封凍的河流或受潮汐影響的河流，其曲線呈特殊的形狀。,,2．斷面的流速分布河底與岸邊附近流速最??；冰面下流速、近兩岸邊的流速小于中泓，水最深處水面流速最大；垂線上最大流速，暢流期出現(xiàn)在水面至0.2h范圍內(nèi)，封凍期則由于蓋面冰的影響，對水流阻力增大，最大流速從水面移向半深處，等流速曲線形成閉合狀。,,,4.2 斷面測量,流速面積法測流原理 將河道斷面劃

4、分為若干部分，測算出各部分斷面的面積，用流速儀測流速并計算出各部分面積上的平均流速，兩者的乘積，即為部分流量，各部分流量的和為全斷面的流量，即：Q=∑qi qi=vi*fi 工作實質(zhì)：斷面測量 流速測量,具體內(nèi)容： (1)根據(jù)河流情況在測流橫斷面布設測流垂線; (2)沿各條垂線測定其起點距和水深； (3)在各測速垂線上測量各點的流速。,測量的內(nèi)容：水深、起點距和水位基本概念：橫斷面:垂直于河道或

5、水流方向的截面稱之橫斷面。河床線:斷面與河床的交線. 水道斷面:指某水位以下與河床線之間所包圍的面積,隨著水 位的變化而變動,一般與測流同時施測.大斷面:歷史最高洪水位與河床線之間所包圍的面積.包括水上和水下兩部分.,4.2.1 斷面測量的內(nèi)容和要求,,大斷面測量要求1.測量范圍 水上部分高程采用四等水準測量，水下部分測量各垂線水深并觀讀測深時的水位。大斷面測量測至歷史最高洪水位以上0.5～1.0m。漫灘較遠的河

6、流，可只測至洪水邊界。有堤防的河流，應測至堤防背河側地面為止。2.測量時間大斷面測量宜在枯水期單獨進行。水道斷面測量一般與流量測驗同時進進行。,3．測量次數(shù)新設測站基本水尺斷面、測流斷面、浮標斷面、比降斷面，均應進行大斷面測量。斷面設立后河床穩(wěn)定的測站:每年汛期前復測1次；河床不穩(wěn)定的站:除每年汛前、汛后施測外，每次較大洪峰后加測(汛后及較大洪峰后，可只測量洪水淹沒部分) 。 4．精度要求 大斷面岸上部分采用四

7、等水準測量。地形復雜的測站可低于四等水準測量。,4.2.2 水深測量,,（一）測深垂線的布設1.垂線的布設原則測深垂線的位置和數(shù)目，應能控制河床變化的轉(zhuǎn)折點，主槽部分較灘地為密。2.測深垂線數(shù)目的規(guī)定,（二）水深測量的方法1.測深桿、測深錘測深2.鉛魚測深3.超聲波測深儀測深,4.2.3 起點距測定,測量方法: 直接量距法 建筑物標志法 地面標志法 斷面索法 儀器測

8、角交會法 無線電定位法等,起點距: 起點距是指測驗斷面上的固定起始點至某一垂線 的水平距離。,儀器測角交會法1.平面交會法 經(jīng)緯儀交會法平板儀交會法六分儀交會法。,兩種情況:a.當基線不垂直于斷面 b.基線垂直于斷面時影響因素:,,2. 極坐標交會法測量方法 從三維空間概念出發(fā),利用極坐標與直角坐標互換原理,以測定任何一點的位置.特點: 避免了瞄斷面線而帶來的起點距測量

9、誤差，克服平面交會法的缺陷，保證了測量精度。,,,,無線電定位法(GPS定位系統(tǒng)),1.GPS的由來與組成GPS是英文Global Positioning System的字頭縮寫詞GPS的簡稱。組成:GPS系統(tǒng)包括3大部分：空間部分--GPS衛(wèi)星星座；由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。地面控制部分--地面監(jiān)控系統(tǒng)；包括一個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。用戶設備部分--GPS信號接收機。實時地計算出測站的三維位置，甚至三

10、維速度和時間。,2．GPS定位的精度問題單點定位:1臺接收機來接收GPS衛(wèi)星信號進行定位的， 開機幾秒鐘后就可實現(xiàn)定位，精度為10米左右。GPS差分測量:2臺或多臺測碼型接收機同時工作。精度可達0.2—2m.相對定位測量:用2臺以上接收機同時觀測相同的衛(wèi)星， 通過對觀測數(shù)據(jù)組差求解后，解算出兩測點之間的基線向量。能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位成果，并達到厘米級精度。,3.關于GPS RTK測量4.GPS系統(tǒng)的特點

11、(1)定位精度高。 (2)觀測時間短。 (3)站間無需通視。 (4)可提供三維坐標?？蓾M足四等水準測量的精度。(5)操作簡便。 (6)全天候作業(yè).,4.2.4 斷面資料的整理與計算檢查測深與起點距垂線數(shù)目及編號是否相符；測量時的水位及附屬項目是否填寫齊全；計算各垂線起點距；根據(jù)水位變化及偏角大小，確定是否需要進行水位漲落改正及偏角改正；計算各點河底高程并繪制斷面圖；計算斷面面積等。,,沭河重溝站流速儀測流斷面圖,

12、沭河重溝站實測大斷面成果表,(一)測深偏角改正,,(1)濕繩改正,沖力分配系數(shù)：,（2）干繩改正,,實際應用:1)濕繩改正： 根據(jù)懸索偏角θ，濕繩長度及懸索直徑、鉛魚重量，求得β*，再由懸索偏角θ及濕繩長度Lk，查表得濕繩改正數(shù)ΔL，求得垂直水深h為：h=Lk -ΔL2) 干繩改正：根據(jù)懸索偏角及懸架支點至水面高差D，從表中可查得Δ干： D=AO=AB-Δ干,,(二)計算河底高程及繪制

13、大斷面圖,1.測深垂線河底高程的計算 以開始與終了水位的平均值減去各垂線水深2.繪制水道斷面及大斷面圖 以垂線起點距為橫坐標，河底高程為縱坐標繪制。,沭河重溝站實測大斷面成果表,1.水道斷面面積計算2.大斷面計算 分析法和圖解分析法：,(三)斷面面積的計算,,4.5 流速儀測速,一.流速儀介紹分類：轉(zhuǎn)子式:旋漿式旋杯式非轉(zhuǎn)子式:超聲波流速儀電子流速儀等,,二.轉(zhuǎn)子式流速儀(一)工作原理和

14、計算方法工作原理計算公式V=KN/T+CK--水力螺距，表示流速儀的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周時，水質(zhì)點的行程長度；N--流速儀在測速歷時T內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù);T--測速歷時；C--附加常數(shù)。,(二)測流原理,河流橫斷面上的流速分布是不均勻的。橫斷面上流速分布可用函數(shù)式： v=f(h,B) 全斷面的流量可用積分法求得：,Q=,,Q=∑qi,測流步驟,在斷面上布設若干個測速垂線。在每一條測速垂線上布設一定數(shù)目的測速點進行測速。根據(jù)測點流速的平

15、均值求得垂線平均流速。由垂線平均流速求得部分面積平均流速，進而推得斷面流量。,(三)測速的方法,方法分類：根據(jù)布設垂線、測點的多少繁簡程度可分為： 精測法、常測法和簡測法根據(jù)測速方法的不同可分為： 積點法和積深法,1.精測法、常測法與簡測法的簡介精測法:在較多的垂線和測點上，用精密的方法測速，以研究各級水位下測流斷面的水力要素的特點，并為制定精簡測流方案提供依據(jù)。常測法:在保證一定精度的條件下，經(jīng)過精簡

16、分析，或直接用較少的垂線、測點測速，測算流量。簡測法:為適應特殊水情，在保證一定精度的前提下，經(jīng)過精簡分析用盡可能少的垂線、測點測速。,2.積點法測速與測速點積點法:在斷面的各條線上將流速儀放在許多不同的水深點處逐點測速，然后計算流速、流量。這是目前最常用的測速方法。積深法:流速儀不停留在某點上測速，而是流速儀沿垂線均勻升降而測得流速。,（四）測速歷時 測速歷時越長，測得流速愈接近實際值，所以常測法要求每一測點測速歷

17、時一般不短于100秒。 （五）測速垂線的數(shù)目與布置測速垂線布置布設原則: (1)應均勻分布，控制斷面地形和流速沿河寬分布的主要轉(zhuǎn)折點。 (2)主槽較灘地為密； (3)對測流斷面內(nèi)大于總流量1％的獨股水流、串溝，應布設測速垂線； (4)可按高、中、低水位級分別布設測速垂線。 (5) 測速垂線布置應盡量固定，以便于測流成果的比較，了解斷面沖淤與流速變化情況，研究測速垂線與測速點數(shù)目的精簡分析等。,(六) 流向測量時

18、機:新設測站流向不穩(wěn)定的測站海洋湖泊特殊需要儀器:流向儀、流向器,三.流量計算,1.計算內(nèi)容:由實測斷面資料摘取垂線的起點距、水深；由測速資料計算測點流速、垂線平均流速；計算部分斷面面積、部分平均流速及部分流量;計算斷面流量和斷面平均流速、相應水位等其它水力要素。,,2.計算步驟：(1)垂線平均流速(2)部分平均流速①岸邊部分:V1=aVml或Vn=aVmn②中間部分: Vi=(Vmi-1+ Vmi)/2

19、(3)部分面積的計算①岸邊部分:②中間部分:,(4)部分流量的計算：由各部分的部分平均流速Vi與部分面積Ai之積可得到部分流量: qi=Vi*Ai(5) 斷面流量及其它水力要素的計算① 斷面流量Q為斷面上各部分流量qi的代數(shù)和;② 斷面面積A為各部分面積Ai之和;③ 斷面平均流速 V=Q／A④ 斷面平均水深 h= A／B B為水面寬（m）,四、相應水位計算,相應水為：在水位流量關系圖上與實測流量相對應

20、的某一瞬 時水位。1.算術平均法:2.b’Vm加權法 3.部分流量加權法,,第四節(jié) 浮標法測流及航空攝影測流,測流原理:觀測浮標漂移速度，測量水道橫斷面，來推估斷面流量。,,注意:浮標測的斷面流量為虛流量Qf.實際的斷面流量Q=Kf*Qf 浮標系數(shù)Kf取值:一般濕潤地區(qū)可取0.85～0.90；干旱地區(qū)大、中河流可取0.80～0.85,二、航空攝影測流法,利用航空攝影的方法對投入河流中的專用浮標、浮標組或染料等，連

21、續(xù)拍照，根據(jù)航測照片來確定斷面流量。優(yōu)點: 不受河寬和測量范圍的限制，應用范圍較廣.原理: 利用航空攝影測定水面流速，借以推算流量。,第五節(jié) 其他流速面積法流量測驗,一、纜道積寬法測流存在問題:1.流速為船速和水流的合成速度2.積寬系數(shù)K的確定.3.岸邊盲區(qū)的處理.4.流速儀橫向移動速度問題.,二、比降面積測流法 通過測量比降,用水力學公式計算河段平均流速V,并測量河段的平均斷面面積F,二者相乘即為斷面流量

22、.關鍵:糙率n和水力半徑R的確定.適用條件:河流無法進行精度較高的測流時的近似計算方法.三、量水建筑物測流量水槽（巴歇爾水槽）量水堰 ：距形堰和三角堰四、水電站測流,四、水文自動測報系統(tǒng)中的幾種測流儀器(補充),(一)LJX-1型便攜式流速流量測算儀,組成部分：LS1206B型旋槳式流速傳感器、LJX-1型水文流速測算儀 （1）LS 1206B型旋槳式流速傳感器包括:感應部分，傳訊機構，尾翼和測桿四個部分 (2)L

23、JX-1型水文流速測算儀 當把流速儀與測算儀接通后直接在屏幕上顯示測點流速，與計算機相接可以傳輸數(shù)據(jù)。,（二）時差法超聲波流量計,1.測量原理 超聲波在靜水中以恒定的速度c傳播。在有流速v的水中，順流傳播時，傳播速度就應是C+v；逆流傳播時，傳播速度應是c-v。若測得逆流與順流超聲波的傳播時間差，即可求得流速。這種方法稱為時差法。,流速計算:在河道兩岸安裝一對超聲波換能器，聲信號從A器發(fā)射，由B能器接收，所需傳播時間為T1-2

24、 相反，從B換能器發(fā)射，由A換能器接收，所需的傳播時間為T2-1。,換能器安裝固定后，L和θ是常數(shù)。,2.功能和組成 (1)功能：測到是一個水層的平均流速。(2)組成：儀器由探頭和控制記錄儀器組成。,,3.斷面流量測驗 采用多對探頭測得不同水深層平均流速。若測流斷面穩(wěn)定時，過水斷面只受水位影響。在測速的同時測得水位，得到整個過水斷面面積和過水斷面上的水層流速分布(見圖)。計算出各層部分流量，從而得到整個斷面流量。Q=VA

25、SA+VBSB+VCSC+VDSD=∑viSi,4.特點和使用特點：自動化程度高，具有自動測量的功能。 測量速度極快，可以進行連續(xù)多次重復測量，然后進行平均，以消除偶然因素的影響。使用要求:(1)安裝探頭的河岸要求比較陡直穩(wěn)定，不易淤積；流速也不能過于紊亂，以免影響超聲波的傳輸和發(fā)射、接收；(2)安裝儀器的河段應該比較順直，流向穩(wěn)定；(3)安裝在兩岸的換能器應該相互對準；(4)平均流向和超聲波傳播方向的夾角應盡量控制在4