第3章答案-水文信息采集与处理.doc

第三章 水文信息采集与处理一、概念题（一）填空题1在流域内一定地点(或断面)按照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，这些指定的水文观测地点2基本站、专用站3选择测验河段、布设观测断面4测站控制5水位、断面因素、糙率和水面比降 6基线、水准点，基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面、上下辅助断面、比降断面(包括上、下比降断面)7驻测、巡测、间测、水文调查8雨量器、自记雨量计9称重式、虹吸式（浮子式）、翻斗式10分段定时、2段制、每日8时、20时、本日8时、次日8时11每日8时、每天上午8时、本日8时、次日8时12河流、湖泊、水库、海洋等水体的自由水面在某一指定基面以上的高程 13青岛黄海基面14人工观测、自记水位计记录、水位数据编码存储、水位自动测报系统15水尺、自记水位计16基本水尺、比降水尺170、2418. 0、2419算术平均法、面积包围法20流量、径流量、径流深21测量横断面、测量流速22水深、起点距、水位23过水断面面积、死水面积 24测深杆测深、测深锤测深、铅鱼测深、超声波测深仪测深 25测验断面上的固定起始点至某一垂线的水平距离26转数27100s28浮标系数29浮标类型、风力风向30悬移质、推移质、河床质31含沙量、输沙率32横式采样器、瓶式采样器33含沙量测定、流量测验34与断面平均含沙量有稳定关系的断面上有代表性的垂线和测点含沙量、断面平均含沙量35沙样中各种粒径的泥沙各占多少（百分比）的分配情况36定期采集实验室分析水样和对某些水质项目进行现场测定的基本单位、水质监测断面37天然水体的水化学成分监测、污染情况的水化学成分监测、为其他专门目的的水化学成分监测38点源污染、非点源污染39流域调查、水量调查、洪水与暴雨调查、其他专项调查40比降法计算、水面曲线推算41定线、推流、定线、推流42稳定、不稳定、稳定的水位流量关系、不稳定的水位流量关系43河槽冲淤、洪水涨落、变动回水、水生植物影响、结冰影响4430%、10% （二）选择题1. (C) 2. ( A ) 3. ( D ) 4.（D） 5.（C） 6.（C） 7.（C ） 8.（ A ）9. ( B ) 10.（C） 11. ( D ) 12.（C） 13. ( A ) 14. ( A ) 15. ( A ) 16.（B）17.（C） 18. (B ) 19. ( A ) 20.（B） 21.（B） 22. (C) 23.（B） 24.( D ) 25. (B) 26.(A) 27.(C) 28.（B） 29.（A） 30.（C）（三）判断题1（T） 2（F） 3（F） 4（T） 5（F） 6（T） 7（F） 8（F） 9（F） 10（F） 11（F） 12（T） 13（F） 14（F） 15（F） 16（T） 17（F） 18（F） 19（F） 20（T） 21（F） 22（F） 23（F） 24（T）（四）问答题1答：（1）读雨量器的刻度有误；（2）干燥的雨量器需一定的雨水润湿内壁及漏斗；（3）自记雨量计的浮子导杆的摩擦影响（4）风速、风向的影响；（5）雨量器安装不够标准。2答：（1）蒸发器的类型；（2）地方、环境；（3）季节月份的不同；3答：由于蒸发器受自身结构及周围环境气候影响，其观测值与自然水面蒸发量有差异，而折算系数K= E池/ E池，E池（大型蒸发池）观测的的水面蒸发量接近天然条件下水体的蒸发量，故蒸发器测得的观测值应乘以折算系数。4. 答：水文信息采集与处理是研究各种水文信息的测量、计算与数据处理的原理和方法的一门科学，是水文学与水资源学的重要组成部分。水文信息的采集有两种情况：一种是对水文事件当时发生情况下实际观测的信息，另一种是对水文事件发生后进行调查所得到得信息。5答：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。水文测站所观测的项目有：水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等。只观测上述项目中的一项或少数几项的测站，则按其主要观测项目而分别称为水位站、流量站(也称水文站)、雨量站、蒸发站等。水质监测站定期采集实验室分析水样和对某些水质项目进行现场测定。6答：由于单个测站观测到的水文要素其信息只代表了站址处的水文情况，而流域上的水文情况则须在流域内的一些适当地点布站观测，这些测站在地理上的分布网称为水文站网。水文站网布设测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，这也就是水文站网的作用。具体来讲，（1）按站网规划的原则布设测站；（2）预计将修建水利工程的地段，一般应布站观测；（3）对于较小流域，虽然不可能全部设站观测，应在水文特征分区的基础上，选择有代表性的河流进行观测；（4）在中、小河流上布站时还应当考虑暴雨洪水分析的需要；（5）布站时应注意雨量站与流量站的配合；（6）对于平原水网区和建有水利工程的地区，应注意按水量平衡的原则布站。也可以根据实际需要，安排部分测站每年只在部分时期(如汛期或枯水期)进行观测；（7）水质监测站的布设，应以监测目标、人类活动对水环境的影响程度和经济条件这三个因素作为考虑的基础。7答：按信息采集工作方式的不同，收集水文信息的基本途径可分为驻测、巡测、间测和水文调查四种。 （1）驻测就是水文观测人员常驻河流或流域内的固定观测站点上，对流量、水位、降水量等水文要素所进行的观测。根据实际需要，驻测可分为常年驻测、汛期驻测或某规定时期驻测。驻测是我国收集水文信息的最基本方式，但存在着用人多、站点不足、效益低等缺点。 (2)巡测是水文观测人员以巡回流动的方式定期或不定期地对一个地区或流域内的各观测站点进行流量等水文要素的观测。巡测可以是区域性巡测、沿线路巡测、常年巡测或季节性巡测。巡测是解决测站无人值守问题的重要手段。(3)间测是中小河流水文站有10年以上资料分析证明其历年水位流量关系稳定，或其变化在允许误差范围内，对其中一要素（如流量）停测一时期再施测的测停相间的测验方式。停测期间，其值由另一要素(水位)的实测值来推算。（4）水文调查是为弥补水文基本站网定位观测的不足或其它特定目的，采用勘测、调查、考证等手段而进行的收集水文及有关信息的工作。水文调查是水文信息采集的重要组成部分，它受时间、地点的限制较小，可在事后补测，并能有效地收集了解基本站集水面积上所要求的水文信息，有较大的灵活性。8答：水位是指河流、湖泊、水库及海洋等水体的自由水面离开固定基面的高程，以m计。水位与高程数值一样，要指明其所用基面。目前我国统一采用黄海基面，但各流域由于历史的原因，多沿用以往使用的大沽基面、吴淞基面、珠江基面，也有使用假定基面、测站基面或冻结基面的，因此使用水位资料时要查清其基面。观测水位的作用一是直接为水利、水运、防洪、防涝提供具有单独使用价值的资料，如堤防、坝高、桥梁及涵洞、公路路面标高的确定，二是为推求其他水文数据而提供间接运用资料。如水资源计算，水文预报中的上、下游水位相关法等。9答：水位观测的常用设备有水尺和自记水位计两类。水尺按其构造形式不同，可分为直立式、倾斜式、矮桩式与悬锤式等。自记水位计则能将水位变化的连续过程自动记录下来，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。10答：通过观测数据来计算日平均水位有两种方法： （1）算术平均法计算：若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，可采用算术平均法计算。 （2）面积包围法：若一日内水位变化较大、且系不等时距观测或摘录，则可采用面积包围法，即将当日024小时内水位过程线所包围的面积，除以一日时间求得，其计算公式为： 如0时或24时无实测数据，则根据前后相邻水位直线内插求得。11答：流量是单位时间内流过江河某一横断面的水量，以m3/s计。它是反映水资源和江河、湖泊、水库等水体水量变化的基本数据，也是河流最重要的水文特征值。 流量测验的方法很多，按其工作原理，可分为下列几种类型： （1）流速面积法：有流速仪法、航空法、比降面积法、积宽法(动车法、动船法和缆道积宽法)、浮标法(按浮标的形式可分为水面浮标法、小浮标法、深水浮标法等)。 （2）水力学法：包括量水建筑物和水工建筑物测流。 （3）化学法：又称溶液法、稀释法、混合法。 （4）物理法：有超声波法、电磁法和光学法。 （5）直接法：有容积法和重量法，适用于流量极小的沟涧。12答：河道水道断面扩展至历年最高洪水位以上0.5-1.om的断面称为大断面。大断面的面积分为水上、水下两部分，水上部分面积采用水准仪测量的方法进行；水下部分面积测量称水道断面测量。河道水道断面的测量，是在断面上布设一定数量的测深垂线，施测各条测深垂线的起点距和水深并观测水位。 测深垂线的起点距是指该测深垂线至基线上的起点桩之间的水平距离。测定起点距的方法有断面索法、仪器测角交会法、全球定位系统(GPS)定位的方法。水深一般用测深杆、测深锤、测深铅鱼或超声波回声测深仪。13答：流速仪（旋杯或旋桨式）是用来测定水流中任意指定点的水流平均流速的仪器。它是由感应水流的旋转器（旋杯或旋桨），记录信号的记数器和保持仪器正对水流的尾翼等三部分组成。旋杯或旋桨受水流冲动而旋转，流速愈大，转速愈快。按每秒转数与流速的关系，便可推算出测点的流速，每秒转数n与流速V的关系，在流速仪鉴定槽中通过实验确定。每部流速仪出厂时都附有检定后的流速公式，为（K为仪器的检定常数，C为机器摩阻系数）14答：常用的积点法测速是指在断面的各条垂线上将流速仪放至不同的水深点测速。测速垂线的数目及每条测速垂线上测点的多少是根据流速精度的要求、水深、悬吊流速仪的方式、节省人力和时间等情况而定。国际标准建议测速垂线不少于20条，任一部分流量不得超过10%总流量。为了消除流速的脉动影响，各测点的测速历时,可在60-100秒之间选用。但当受测流所需总时间的限制时，则可选用少线少点、30秒的测流方案。15答：流量的计算按下列5个步骤进行：1）垂线平均流速的计算视垂线上布置的测点情况，分别按一点法、二点法、三点法、五点法进行计算。2）部分平均流速的计算岸边部分由距岸第一条测速垂线所构成的岸边部分，多为三角形，按公式vl=Vml 计算，式中称岸边流速系数，其值视岸边情况而定。中间部分由相邻两条测速垂线与河底及水面所组成的部分，部分平均流速为相邻两垂线平均流速的平均值，按式Vi =0.5*(Vmi-1+Vmi)进行计算。3）部分面积的计算以测速垂线划分部分，将各个部分内的测深垂线间的断面积相加得出各个部分的部分面积。若两条测速垂线(同时也是测深垂线)间无另外的测深垂线，则该部分面积就是这两条测深(同时是测速垂线)间的面积。4）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流量。5）断面流量的计算断面流量 16答：浮标测流法是一种简便的测流方法。在洪水较大或水面漂浮物较多，特别是在使用流速仪测流有困难的情况下，浮标法测流是一种切实可行的办法。浮标测流的主要工作是观测浮标漂移速度，测量水道横断面，以此来推估断面流量。用水面浮标法测流时，首先在上游浮标投放断面，沿断面均匀投放浮标，投放的浮标数目大致与流速仪测流时的测速垂线数目相当。用秒表观测各浮标流经浮标上、下断面间的运行历时，用经纬仪测定各浮标流经浮标中断面（测流断面）的位置（定起点距）。然后将上、下浮标断面的距离L除以，得到各浮标的虚流速，同时并绘制浮标虚流速沿河宽的分布图，从虚流速分布图上内插出相应各测深垂线处的水面虚流速，计算两条测深垂线间的部分面积和部分平均虚流速，则部分虚流量为。全断面的虚流量，则断面流量为断面虚流量乘以浮标系数，即。17答：水质监测以江、河、湖、库及地下水等水体和工业废水、生活污水等排放口为对象进行监测，检查水的质量是否符合国家规定的有关水的质量标准，为控制水污染，保护水源提供依据。其具体任务如下：（1）提供水体质和量的当前状况数据，判断水的质量是否符合国家制定的质量标准。（2）确定水体污染物的时、空分布及其发展、迁移和转化的情况。（3）追踪污染物的来源、途径。（4）收集水环境本底及其变化趋势数据，累积长期监测资料，为制定和修改水质标准及制定水环境保护的方法提供依据。18答：水质监测站是定期采集实验室分析水样和对某些水质项目进行现场测定的基本单位。它可以由若干个水质监测断面组成。根据设站的目的和任务，水质监测站可分为长期掌握水系水质变化动态，搜集和积累水质基本信息而设的基本站；为配合基本站，进一步掌握污染状况而设的辅助站；为某种专门用途而设的专用站；以及为确定水系自然基本底值（即未受人为直接污染影响的水体质量状况）而设的背景站（又称本底站）。水质监测分为3类：天然水体的水化学成分监测，目的是为了提供江河湖库天然水质的基本情况。这类监测在统一规划的水化学站网上进行，除了少数控制站和有特殊需要的站外，一般在积累了10年资料以后，可以根据情况考虑停测或间测。污染情况的水化学成分监测，目的是为了经常监视江河湖库污染情况，为水源保护工作提供有关资料。这类监测在已经发生或可能发生污染的地方进行。为其他专门目的的水化学成分监测，如地下水水化学监测等。19答：天然河道中，由于洪水涨落、断面冲淤、变动回水影响以及结冰和生长水草等其他因素的个别和综合影响，使水位与流量间的关系不呈单值函数关系，即水位流量关系不稳定。20答：测站测流时，由于施测条件限制或其他种种原因，致使最高水位或最低水位的流量缺测或漏测。为取得全年完整的流量过程，必须进行高低水时水位流量关系的延长。对稳定的水位流量关系进行高低水延长常用的方法有以下几种：（1）水位面积与水位流速关系高水延长适用于河床稳定，水位面积、水位流速关系点集中，曲线趋势明显的测站。其中，高水时的水位面积关系曲线可以根据实测大断面资料确定。某一高水位下的流量，便可由该水位的断面面积和流速的乘积来确定。(2)用水力学公式高水延长此法可避免水位面积与水位流速关系高水延长中水位流速顺趋势延长的任意性，用水力学公式计算出外延部分的流速值来辅助定线。(3)水位流量关系曲线的低水延长法低水延长一般是以断流水位作为控制进行水位流量关系曲线向断流水位方向所作的延长。断流水位是指流量为零时的相应水位。假定关系曲线的低水部分用以下的方程式来表示:Q=K(Z-Zo)n 式中Zo-断流水位；n，K一分别为固定的指数和系数。在水位流量曲线的中、低水弯曲部分，依次选取a、b、c三点，它们的水位和流量分别为Za、Zb、Zc及Q。、Qb、Qc。若Qb=Qa Qc，代人上式，求解得断流水位为:求得断流水位Zo后，以坐标(Zo，o)为控制点，将关系曲线向下延长至当年最低水位即可。21答：（1）由点流速计算垂线平均流速、近而求出垂线间平均流速，由此平均流速与垂线间面积相乘得部分流量；（2）由点含沙量和相应点流速，用流速加权求垂线平均含沙量，进而计算出垂线间平均含沙量；（3）部分流量乘上相应垂线间平均含沙量得部分输沙率、累加各部分输沙率得断面输沙率；（4）由断面输沙率除以相应流量得断面平均含沙量。22答：悬移质输沙率测验工作复杂繁重，因此很难实现逐日逐时施测，但实践中经过分析发现断面平均含沙量常与断面上某一测点或某一垂线平均含沙量有一定关系，经过多次实测资料分析，建立这种关系以后，经常性的泥沙取样工作便可只在此测点或垂线上进行，使测验工作大为简化。这样取得的水样称为单位水样，它的含沙量称为单位水样含沙量。23答：目前收集水文资料的主要途径是定位观测，由于定位观测受到时间、空间的限制，收集的资料往往不能满足生产需要，当水利工程设计中需要了解最大流量、最大暴雨、最小流量等特征数据时，则必须通过水文调查来补充定位观测的不足，来了解几十年或几百年内历史上发生的洪、枯水情况，使水文资料更加系统完整，更好满足水资源开发利用、水利水电建设及其他国民经济建设的需要。因此水文调查是收集水文信息的一种重要手段。24答：洪水调查可以获得的资料有：洪水痕迹洪水发生的时间、灾情测量、洪水痕迹的高程、河段的河槽情况、流域自然地理情况、河段的纵横断面等，从而对调查成果进行分析，推算出洪水总量、洪峰流量、洪水过程及重现期等特征资料。暴雨调查可以获得的资料有：暴雨成因、暴雨量、暴雨起迄时间、暴雨变化过程及前期雨量情况、暴雨走向及当时主要风向风力变化等。对历史暴雨的调查，一般通过群众对当时雨势的回忆或与近期发生的某次大暴雨对比，得出定性概念；也可通过群众对当时地面坑塘积水、露天水缸或其他器皿承接雨量作定量估计，并对一些雨量记录进行复核，对降雨的时、空分布作出估计。枯水调查获得的资料有：河流沿岸的古代遗址、古代墓葬、古代建筑物、记载水情的碑刻题记等考古实物以及文献资料，通过调查，以实物资料和文献记载相印证，可以得到不少古代极枯和较枯的水文年代。通常历史枯水调查只能根据当地较大旱灾的旱情、无雨天数、河水是否干涸断流、水深情况等分析估算出当时最枯流量、最低水位及发生时间。25.答：国家布设的水文站网的观测记录，经过整编后由主管单位逐年刊布成册称水文年鉴。水文年鉴按全国统一规定，分水系、干支流及上下游，每年刊布一次，全国共分10卷，74册。水文年鉴中刊有：1）水文年鉴卷册索引图；2）资料说明部分，其中包括水位、水文站一览表，地下水测站一览表，降水量，水面蒸发量册站一览表，以及水位、水文、地下水册站分布图，降水量、水面蒸发量测站分布图等。3）正文部分有各站的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、地下水、降水量、蒸发量、水文调查等资料。水文年鉴仅刊布各水文测站的基本资料，中小型水库的建设地点，一般是没有水文站的，为了需要，各省都编制了各地区的水文手册和水文图集，以及历史洪水调查、暴雨调查、历史枯水调查等调查资料,这些是在分析研究该地区所有实测数据基础上编制出来的，它载有该地区的各种水文特征值、等值线图及计算各种径流特征值的经验公式。利用水文手册和水文图集便可以估算无水文观测数据地区的水文特征值。二、计 算 题1解：将表1-3-1中每日的水位加上测站基面的海拔高度，即可得到采用黄海基面时测站每日的水位。具体结果如下。表2-3-1 月日1月3月5月7月9月11月12349.3149.2649.2349.7750.5250.7053.6954.3753.8953.4652.7352.1354.8052.5052.9651.6151.8152.982 解：用算术平均法计算日平均水位，得3解：用面积包围法计算日平均水位，得=+m4解：用面积包围法计算日平均水位，得=+m5.解：用面积包围法计算日平均水位，得=+6解：（1）内插出7月14日0时水位Z0= （2）内插出7月14日24时水位 （3）计算7月14日日平均水位 7解：用面积包围法计算日平均水位，得=+m8解：（1）内插出6日0时水位Z0=（2）内插出6日24时水位 （3）计算7月14日日平均水位 9解：（1）垂线平均流速的计算Vm1=（V0。2+V0。8）/2=（ Vm2=V0。6= （2）部分面积的计算 （3）部分面积平均流速的计算V1= V2= V3= （4）断面流量的计算Q=q1+q2+q3=（5）断面平均流速的计算V=/s10解：（1）垂线平均流速的计算Vm1=（V0。2+V0。8）/2=（Vm2=V0。6= （2）部分面积的计算 （3）部分面积平均流速的计算V1=V2=V3= （4）断面流量的计算Q= q1+q2+q3=（5）断面平均流速的计算V=/s11解：（1）垂线平均流速的计算Vm1=（V0。2+V0。8）/2=（Vm2=V0。6= Vm3=V0。6= （2）部分面积的计算 （3）部分面积平均流速的计算V1=V2= V3=V4= （4）断面流量的计算Q= q1+q2+q3+q4=（5）断面平均流速的计算V=/s12解：（1）垂线平均流速的计算Vm1=（V0.2+V0.8）/2=（Vm2=（V0.2+V0.6+V0.8）/3=（ Vm3=V0。6= （2）部分面积的计算 （3）部分面积平均流速的计算V1=V2= V3=V4= （4）断面流量的计算Q= q1+q2+q3+q4=（5）断面平均流速的计算V=/s13解：利用公式V=进行计算，结果如下表2-3-2 计算结果表水位Z（m）流量Q(m3/s)断面面积A(m2)平均流速V(m/s)44.3545.4546.4146.9647.585311200223028203510121015801980221024700.43880.75951.12631.27601.421114解：由图上可查出水位为57.62m时断面流量为21400m3/s。15解：首先利用断面平均流速和断面面积的乘积求出断面流量，然后在绘出水位流量关系曲线。具体为：表2-3-3水位Z（m）断面平均流速V(m/s)断面面积A(m2)断面流量Q(m3/s)水位Z（m）断面平均流速V(m/s)断面面积A(m2)断面流量Q(m3/s)01.22.02.53.100.71.21.41.8064136208300044.8163.2291.25403.54.04.24.55.01.92.12.02.22.3356460514600730676.496610281320167916解：利用水位流量曲线，加以适当延长后，求出5.5m对应的流量为2155.5m3/s。17解：流速仪测出的流量就是河流断面的真正流量，而水面浮标法测出的流量要乘以浮标系数才能得到河流断面的真正流量。结果见下表。表2-3-4测次日期水位(m)实测流量(m3/s)流量测法断面面积(m2)水面宽(m)流量(m3/s)月日时：分1211221231241258881213147:508:207:308:2015:0015:307:007:3018:0018:20102.59102.48104.15104.42104.171371218511050944流速仪流速仪水面浮标水面浮标水面浮标98.692.331236131583.683.1157168157137121723.35892.5802.418解：Qs=19解：Q=20解：Qs=16