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第五章 河流观测 第一节 河道水流观测 一、水文站 水文站是进行水文观测的基层单位。按测站的性质，水文站可分为基本站、专用站和实验站三类。基本站是根据国民经济各方面的需要经统一规划而设立的测站。专用站是为某项专门目的或某特定工程的需要而设立的测站。实验站是为了深入研究某种水文现象的变化过程而设立的测站，如径流实验站、河床实验站等。 河流水文站的观测项目，主要有水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、冰凌、水质、地下水位等项。根据这些观测资料，可进行水文预报和水文水利计算。 水文站一般设在事先选定好的测验河段内。在测验河段上布设的测验断面， 按用途可分为基本水尺断面、流速仪测流断面、浮标测流断面和比降断面，如图5-1所示。 此外，在测验河段的岸上应布设基线。基线的作用是，以便于用经纬仪或六分仪测角交会法时，推求测验垂线在断面上的位置（起点距）。基线宜垂直于测流横断面，其起点应在测流断面的延长线上。 图5-1 测验断面布设示意图 二、水位观测 水位是水利工程规划设计和江河洪水调度与防汛的重要依据。水位必须明确基面才有意义，水文测验中常用的基面有测站基面绝对基面两种测站基面最水位以下0.51m处作起算零点。绝对基面是以某平均海面 图5-4 断面索法示意图 图5-5 测角交会法示意图 2. 流速测验 流速测验就是利用流速仪测定水流中任意位置沿流向的水平流速。我国的流速仪主要有旋杯式和旋桨式两类，如图5-6所示。当流速仪放入水中时，旋杯或旋桨受水流冲击而旋转，流速越大，旋转越快。野外测流时，对于某一测点，记下仪器的总转数N和测速历时T，即可求得转速n＝N／T，再据实验率定的流速仪的转速n与流速u的关系，便可查算出测点的流速u。图5-7为工作人员正在野外操作流速仪的照片。 （a）旋杯式(LS68-2型) （b）旋浆式(LS25-1型) 图5-6 流速仪结构图 图4-7 工作人员正在操作流速仪 流速仪测速时必须在断面上布设测速垂线和测点。断面测速垂线的数目，根据水面宽度大小而定，水面较宽时，测速垂线数目应适当增加。 每条垂线的测点数目，需根据水深和测验精度要求而定。实际工作中垂线测点数目，常见有一点、二点、三点、五点等等。其中一点法测点的相对水深位置为0.6；二点法测点的相对水深位置为0.2，0.8；三点法测点的相对水深位置为0.2，0.6，0.8；五点法测点的相对水深位置为0.0（水面），0.2，0.6，0.8和1.0（河底）。所谓某点的相对水深，是指垂线上自水面到某点的深度hi与垂线水深h之比。 3. 流量计算 流量计算广泛应用的方法是分析法。其基本思路是，由测点流速推求垂线平均流速，由垂线平均流速推求部分面积上的平均流速，部分平均流速和部分面积相乘求得部分流量，各部分流量之和即为全断面流量。 垂线平均流速按一点法、二点法、三点法和五点法等方法，以各测点代表水深为权计算得到。部分面积和部分面积的平均流速，分别指两测速垂线间的面积及其平均流速，分别根据两垂线的水深、间距和平均流速算得。流量及部分面积计算示意图，如图5-8所示。 图5-8 流量及部分面积计算示意图 第二节 河流泥沙测验 河流泥沙测验的主要内容，包括悬移质测验、推移质测验、床沙测验和泥沙颗粒分析等项。其中，泥沙颗粒分析方法已在第四章中介绍。这里讲述悬移质、推移质和床沙的测验技术与方法。 一、悬移质泥沙测验 1.含沙量测验 悬移质泥沙测验的设备称为采样器。悬移质采样器的类型，有瞬时式采样器和积时式采样器两大类。我国目前使用较多的横式采样器属瞬时式采样器，呈圆筒形，如图5-9所示。野外取样前，把仪器安置在悬杆上或悬吊着铅鱼的悬索上，用撑爪将取样筒两边的盖子打开。操作时，先将采样器放至水下测点处，水从筒中自然流过；然后击落撑爪，使两筒盖在弹簧的牵拉下快速关闭，将取样器提出水面，筒内的水即为采取到的测点处悬移质水样；再将水样送至试验室分析。图5-10为工作人员正在野外采集悬移质水样的照片。 图5-9 横式悬移质采样器 图5-10 工作人员正在采集悬移质水样 根据含沙量的定义，即 S = Ms/V （5-1） 式中：S为含沙量（kg/m3）；Ms为水样中干沙的质量（kg）；V为水样的体积（m3）。 水样含沙量的测算方法是，先用量筒测出水样的体积V，然后经沉淀、过滤、烘干，称出干沙样的质量Ms，再按式（5-1），即可算得该测点的含沙量S