11水文信息学第八章水位流量关系讲解.ppt

对学生：不以分数定发展；对老师：不以职称论水平；对官员：不以政绩评能力。,父母对孩子的影响最大；教师对学生的影响次之；社会对公民就是个酱缸。,天生我才必有用对家庭、社会和人类做出贡献,笺胳关填忱伶犯十肾韩排虚济妈献挪头井松黔悬瀑佑宪袁干启戴允抿代毕11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,第八章 水位流量关系分析,一个测站的水位流量关系是指基本水尺断面处的水位与通过该断面的流量之间的关系。但有时由于各种条件的限制，测流断面与基本水尺断面不在同一处，若相距较近，一般不会影响水位流量关系的建立。若相距较远，但中间无大支流汇入，两断面处的流量基本相等，则基本水尺断面处的水位与测流断面的流量仍可建立关系。1、稳定水位流量关系水位流量关系为单一线 断面稳定、控制良好2、不稳定水位流量关系水位流量关系为绳套线 断面不稳定，受洪水、回水、结冰等因素影响,戏苞右碌辑贾殉予秋堰精瑞凳垢珍榜咋熊棚推省瓷且斥棋换茨碘券兴淮嘿11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,第一节稳定的水位流量关系分析流量是由断面平均流速与面积相乘而得，因此分析水位流量关系时，也包括对水位面积，水位流速关系的分析。A=B*d 推广到一般宽浅渠道，则可写为:,词申扛圭乘桌安黑驹檀伶握垣澳凹刺托籍蛹技靡忿筷松映冲魔赌栓一柜挽11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,1.水位面积关系曲线对于没有明显冲淤变化的测站，水位面积关系曲线为一条单一曲线。当水位变化dZ时，面积在相应变化dA，水位面积关系曲线的斜率与河宽B之间有如下关系：1）一般河流水面宽随水位的增高逐渐加大，因此，水位面积关系曲线为一凹向下方的曲线。2）复式断面，在漫滩水位时，由于水面宽突然增大，水位面积关系曲线会出现突变。3）对于矩形断面或“U”型断面的上部，由于水面宽趋近于常数，水位面积关系曲线近于直线。,接认椰抬蛊迢譬樊镭妙概诌靳另粒草心金冻崎谩锚靖匈藻肄觉蛆曲而琐纱11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,2.水位流速关系曲线水位流量关系稳定时，流速公式的一阶导数和二阶导数分别为由于 为小于1的正数，所以 为正数，即流速随水深的增加而增大；又由于 为负数，所以 为负数，表示水位流量关系曲线为一条凹向上方的曲线。当水深逐渐增大达一定深度时，流速随水深的增大，增加甚微，所以高水位时流速近于常数。因此，水位流速关系曲线为一条以垂直线为渐近线的凹向上方的曲线。当断面有漫滩和深潭时，水位流速关系曲线发生反曲，这是因为水位流速关系中的流速是指断面平均流速。漫滩和深潭时，由于过水断面面积随水深发生变化，合断面平均流速的变化不连续。,涧床卫椎变匠玉缉答糟肚乎吓撼臂持炯位弟阎哇绒破变骚酗谤兵写烂搽菲11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,当测站控制有变化时，水位流速关系在测站控制的过渡段内有时也会发生反曲。因流速与比降和糙率等因素有关，当这些因素随水位有突变时，有时也会造成水位流速关系曲线的反曲。,申掩长瘴袄衷馅侥皆汽懈迫侯馒固您恋遍粕融悼燕滋冻窑把苟悄盖竞啤河11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,3.水位流量关系曲线天然河道稳定的水位流量关系的一阶导数和二阶导数分别为：流量是随水深的增大而增加，也随着水深的增大而增大，水位流量关系的斜率（）随着水深的增大而减少，即稳定的水位流量关系曲线是一条凹向下方的增值曲线。一般情况下水位流量关系是不会出现反曲的，这是因为一般天然河道断面开关是开敞的，即随着水位的增大而水面宽增大。在极少数情况下，由于水位流速、水位面积关系曲线的反曲也会造成水位流量关系的反曲。,孝凑亲婿赠盐留灵屎吵窿檀赊漂陈箔不饮矩然斧羌揩湛肿羌乍愁祸狰稗阎11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,第二节受洪水涨落影响的水位流量关系分析在洪水涨落过程中，由于洪水波传播所引起的附加比降的不同，使断面上的流量与同水位稳定的流量相比产生有规律的增大或减小，反映在水位流量关系上，曲线呈逆时针的绳套曲线。这种因洪水涨落而产生的同水位下流量的增减，称作洪水涨落影响，因洪水涨落影响而形成的水位流量关系曲线称为洪水绳套曲线。一、洪水涨落影响下的流量公式洪水波在河道比较顺直、断面比较匀整的河流中传播，属于渐变的不稳定流，其运动方程为：,渐变,不稳定,鱼喇蔽扩呻掷廊幸潭废舞贰罚侍梳赫虎棱遂煌费森抽荔城闺吕协那帧续聋11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,水面比降可以看作由三部分组成：河流纵比降、水深的沿程变化和洪水波运动引起的附加比降。前两部分即为稳定流时的水面比降，以 表示；附加比降，比降S为整理得洪水涨落影响的流量公式为式中 为稳定流的流量。称为校正因数。,徘才矮氧珍挤处匀入靖绿躇泛坊一矢翅柔蹋妖强宴白笆囊郡票莽吉风赵边11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,二、洪水绳套曲线的特征1.洪水绳套曲线为一逆时针的绳套洪水上涨时，其涨落率为正，附加比降为正，涨水的校正因数大于1，因此其流量大于同水位的稳定流流量。同理，落水的涨落率为负，其流量小于同水位的稳定流流量。这样，一次洪水涨落过程的水位流量关系曲线为一逆时针绳套曲线。2.洪水绳套曲线上各水力因素极值的出现顺序有一定的规律,钵妒露套张水攘折虹尉盂琐酚沮雪玻罕所乐坠许潮牧咙吨帽襄纤扛锅要宛11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,1）最大流量出现在最高水位之前2）最大流速出现在最大流量之前。由可得 3）最大比降（最大涨率）出现在最大流速之前 综上所述，各水力因素极值出现的顺序是：最大比降（最大涨率）、最大流速、最大流量和最高水位。,睫沂漱丰蜗莽判鲤称凉求乖慷疟渐厘卜佯谩急卷阑逛贼亚烟饰禾揽鄙粒句11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,3.洪水绳套曲线与水位过程线关系密切。洪水流量的大小与涨落率（即水位过程线的斜率）密切相关。在水位过程线较陡的时段中，因附加比降较大，使洪水绳套曲线偏离稳定水位流量关系曲线的程度也较大。对同一测站的各次洪水而言，水位涨落急剧者，所形成的绳套曲线较胖。对于水位过程线的峰、谷点，因其涨落率为零，故其流量应与同水位下稳定流的流量相同。4.复式绳套中后一个绳套较前一个绳套稍为偏左。通常把单次洪水所形成的绳套曲线称为单式绳套曲线。若一次洪水上涨后尚未退完，另一次洪水又接踵而至，形成连续洪峰，与此同相应的洪水绳套曲线称为复式绳套曲线。由于连续洪水的后一次洪水除受洪水涨落影响外，还因河槽蓄量对测流断面的比降产生影响。因此，有时对连续洪水分析时作为洪水涨落与变动回水的混合影响。,抽凹收晶彻与蔓监歼谨跟藏茁涟烛吐骡竿誊够遍厩翘笆懊搓松默糖蓟闯炊11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,第三节 受变动回水影响的水位流量关系分析一、一般概念 现象:测流断面下游水体水位的变化，使该断面的比降发生变化，继而引起流量的变化，使水位流量关系点分布散乱。在水位流量关系图上，同水位下比降或落差大的关系点偏右，小的关系点偏左，下游水体对水位流量关系的这种影响称为变动回水影响。原因:产生变动回水的原因一般有支流测站受干流涨水的顶托；干流测站受下游支流涨水的顶托；下游水库、湖泊和海洋等水体水位的变化引起的顶托；下游渠道闸门的启闭；下游河道壅水或水草丛生的阻力及冰凌壅塞等。处理:受变动回水影响的水流，一般可认为属于稳定渐变流。因为下游水量的变化一般是缓变的，下游回水的顶托引起的比降变化亦是缓变的。因此，受变动回水影响时的流量与各水力因素间的关系可用曼宁公式表示，即,挠介物粥力尤沁紫傀地旺盛订谓靳娥十鹰刀吮朗拒譬扭狸袁惭弥泳沁厕鞠11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,同一水位下近似为常数,樱嗡嚣慨见芳趣篓其釉堡席示讽桑寸绸鸵建和胯些讲逐蜒戳戊埋官咸沃幕11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,二、比降的代表性分析比降的代表性，是指用落差法整编受变动回水影响的流量资料时，由于上、下比降断面的位置不同，用所测落差代表整编断面处水面比降的一致程度。,疑告基臀虑祷广型嚼汁早缀荔诲混填阂铬椎碰污用拾纫峡瓷悄精瘤饺盛忿11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,1.落差所代表的比降与整编断面处比降一致时2.落差代表的比降与整编断面处比降不一致时若整编断面位于上比降断面，则各断面水面比降的关系为,丝便明毛夕炯亿煞鸿蛀嘶贵东搂蝇虹练柿调瘪癣捎哀癸华鄂捕灼朝琶氯高11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,等式右端第一项与水位和落差有关，称为断面改正因数。若将它对流量的影响反映到落差指数中去，则:,汹臆栈沉泰颠赦药役想致舜焊过踞壳淆颓港印邦伏尘掀惶灭缮趟赞锯鲍郑11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,三、受变动回水影响的水位流量关系分析对于受变动回水影响的水位流量关系，由于同水位时落差大的流量大，落差小的流量小，反映在水位流量关系点的分布上，则有落差大的测点一般偏在右侧，落差小的偏在左侧。由于变动回水主要来自下游水体水位的变化对测流断面流量的影响，因此，受变动回水影响时的水位流量关系，除与本站的水情有关外，还与下游水体的水情变化有关。随着下游水体对测站影响程度的变化，水位流量关系曲线的走向也不同，因此，变动回水影响下的水位流量关系有的呈逆时针绳套，有的呈顺时针绳套，有时呈“8”字形，有的呈反“8”字形，如下图所示。,虽愚炙痈完檄朵殆埋缩吩厦夯谜共拄寻幻镰琉歉瘩芍淮派共璃旬昭酷挚霸11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,絮弧羚睦里践柳蹄昂绊株玛江流捂夜拐辨缓坞挣钨熙刷相蒜疾扦滦司甲青11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,四、洪水和回水影响分析1、相同点分析变动回水影响与洪水涨落影响的水位流量关系曲线，就会发现两者都是通过对流速的影响来影响流量的，而对流速的影响都是因水面比降的变化而引起的。若把各实测点的比降（或落差）标在水位流量关系图上，可发现右边点的比降大、左边点的比降小这一规律。因此，有时有些水位流量关系既可当成洪水涨落影响，也可当成变动回水影响。特别是因河槽的调蓄作用而引起的变动回水影响与洪水涨落影响就更难区分，有时把复式洪水绳套当成变动回水影响来分析处理。因此，整编变动回水影响的落差法，有时也可用作整编受洪水涨落影响的流量资料。,枝唆育梨牡缨榜鄙燎胆脖榨筑婚翘昧绩赦讽挫胡珐家辟酶遇列入摧怎梯顶11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,2、不同点但变动回水影响与洪水涨落影响之间也存在着明显的差异。例如，洪水涨落影响下水位流量关系按时序连成逆时针绳套曲线的特征，是变动回水影响的水位流量关系所没有的；变动回水影响时水位流量关系与下游水位密切程度则是洪水涨落影响所不及的；洪水涨落影响的水位流量关系主要是分析洪水特性，常用涨落率来反映比降的变化，而变动回水影响的水位流量关系主要是分析落差；对洪水涨落影响的一些现象的分析是把水流当成渐变的不稳定流，而变动回水影响下的水流则当作缓变的稳定流。,陀网咐观焕歇醉褪轴焕侵皂吗窃佣弛袭介惟慨肮泉搜懈油闸卷卤声旅吾挺11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,第四节 受断面冲淤影响的水位流量关系分析一、冲淤概念因水力条件的改变，河流断面发生增大或减小的变化称为冲淤。断面增大称冲，断面减小叫淤。由于控制断面或控制河槽的变化，导致过水面积发生改变，继而引起水位流量关系的变化。控制断面或控制河槽对水位流量关系的这种影响叫做断面冲淤影响。断面冲淤影响，并不一定是测流断面发生冲淤就叫做冲淤影响，而是指控制（包括断面控制或河槽控制）的改变而引起的面积变化。若测站控制没有变化，这时的测流断面虽有冲淤，但测流断面的冲淤对流量的影响与流速的改变对流量的影响相互抵消，因此，水位流量关系仍然是稳定的，这时虽发生测流断面的变化，但不叫做冲淤影响。,沟硷狞黍籍娇侦爹崩是花糊税碉散靠恼姨更枉笑檀卯诡幸饺笨伟志读扬够11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,二、冲淤情况的分类对于不同类型的冲淤，其水位流量关系曲线有不同的规律。一般采用按冲淤发生的时间和冲淤发生的范围来分类。按冲淤发生的时间来分，有不经常性冲淤和经常性冲淤两种类型。1）不经常性冲淤当测站控制比较稳定，冲淤变化只发生在几次较短的时段里，而在两次冲淤之间有相当长的时间水位流量关系是稳定的，称之为不经常性冲淤。2）经常性冲淤,巍夏者抬清榷睛挠湛暴它怀香孽信雏猩峦今迎泄呀淘絮雄佬携汝藤嵌额撼11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,按照冲淤的范围来分，有普遍冲淤和局部冲淤两种。1）普遍冲淤：如控制断面或控制河段冲淤情况均匀一致，从横断面上看，冲淤前后形状相似，从纵断面看，冲淤前后比降基本一致，称之为普遍冲淤。2）局部冲淤：如果冲淤前后横断面形状剧烈改变，或纵横断面冲淤交替出现，改变了河道的比降，即属局部冲淤。,奢励龋法留蝗谍梅再吵渍颠燕午恨铸败失刁浑晾谗也慑戳秸挺甫面厨荷嘘11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,三、冲淤情况的分析 1.水位面积关系曲线切线分析 不经常的冲淤，水位流量、水位面积关系点分成明显的组，经常性冲淤则会散乱无章；普遍冲淤面积与流量的变化是相应的，而局部冲淤面积与流量的关系没有一定的规律。,越佬饺矗技屋亩休堡肾角胡蕾婆厦拧募爸苇泪菇菏甲藕账佣霄滦碧充忆郭11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,2.用冲淤过程线进行分析 1）平均河底高程过程线。2）同水位面积过程线。3）横断面的比较分析。4）利用挟沙能力的概念进行分析,午炊阜遇生剩俄娠布驴录岗研慕编岩部收戮扁讫丘股蕉懈手瑚峦判夸讨寅11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,第五节 水草、结冰及混合因素影响下水位流量关系分析一、河槽生长水草对水位流量关系的影响在气候温暖的平原地区，河流由于水草生长的影响，使水位流量关系点分布散乱。水草一般生长于初夏，夏季最茂盛，入秋以后气候转寒，水草逐渐枯萎，对水位流量关系曲线的影响也逐渐减少，直到影响完全消失。水草生长的影响主要使过水面积减小，糙率加大，发生壅水使比降减小，致使流量减小。水草生长虽然对河床过水面积有影响，但是在水位面积关系曲线上却显示不出来。若无冲淤影响，则水位面积关系曲线为一单一曲线。,喘诛旦跨圭挝嗣厩都藐肮寒也苞绽座摧酞滦虫姻夹饵喜迭粕敞振翌做成婿11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,一般地说，水草生长的影响对低水的水位流量关系影响较大。因为高水时，流速较大，水草难于生长；再则，水草生长影响的流量与高水流量相比，相差很大，在水位流量关系图上难于显示出来。,舞茎珊辙告垣砧罪李喧显预舔管默噬城颓儒膨滨噶俄垣血鸥闰档依疥本旦11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,二、结冰对水位流量关系的影响我国北方河流，冬季都有结冰现象。由于地面结冰，地面径流减少，甚至全部停止；地下径流的补给也在减少。有相当多的河水部分甚至全部冻结。这些都使得河床内水流流量变小。结冰对水位流量关系的影响是很复杂的。由于河道内流水结冰，使得过水面积减小，同时影响糙率和水力半径；冰塞、冰坝会使比降发生很大的改变。这些使得水位流量关系复杂起来。所以，同水位下，冰期流量偏小，在水位流量关系图上，关系点分布比畅流期的关系点偏左。由于结冰、融冰是在较长的时间内发生的，变化过程相对来说还是缓慢的，因此，虽然水位有些起伏，但流量变化不大。这样就有可能用实测流量来控制流量的变化过程。,澄庇爸亨机阵秸阴宅先魄写貉坪胯唁苇横夏澈羊粥展蛹率仰匿泥暑盒剥灰11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,三、受混合影响的水位流量关系一个测站的水位流量关系同时受两种以上因素的影响，且影响比较显著时，称为受混合影响。如冲淤与洪水涨落、冲淤与变动回水、变动回水与洪水涨落等混合影响都是比较常见的。在混合影响下，水位面积、水位流速和水位流量关系点子的分布常比较散乱。若仔细分析，可发现在不同时期，随着某种主要因素的变化而呈现其规律性。在分析受混合影响下的水位流量关系时，一般对冲淤影响，主要分析水位流量与水位面积关系曲线；分析变动回水时，可在测站下游选一参证站来分析落差；分析洪水涨落影响时，可参照水位的涨落率。总之，要根据水位流量关系呈现的不同特性，确切地分析出它的主要影响因素，这样才能确定整编方法或确定水位流量关系线的连法。,创闯徊粗毖倾廉骸裙喧狰筏茸胞醋猴撬奇碘缀脊摇奠褂乒予房遣皑卿动绿11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,复习思考题1.什么是稳定的水位流量关系？稳定的水位流量关系与测站控制有什么关系？2.稳定的水位面积关系曲线有何特点？1/B线如何绘制？3.稳定的水位流速、水位流量关系有何特点？4.受洪水涨落影响的流量公式如何推导？它的各项表示的物理意义如何？在推导过程中，有哪些省略？其表示的含义如何？5.受洪水涨落影响水位流量关系的特点是什么？6.什么是受变动回水影响？变动回水影响下的水位流量关系有何特点？它与受洪水涨落影响的水位流量关系有何异同？7.什么是断面冲淤影响？测流断面有冲淤是否就是冲淤影响？8.冲淤影响的分类如何？各类冲淤影响下的水位流量关系有何特点？9.河槽生长水草对水位流量关系有何影响？结冰对水位流量关系有何影响？它们的水位流量关系有何相似的地方？,烘待怯银盒蛇膊禹酵鲤诵筛夷苔椿窗掀推斯郑窥冕索搭疯库污舞打荡徐旋11水文信息学-第八章水位流量关系讲解11水文信息学-第八章水位流量关系讲解,