武汉大学港航专业工程水文实习报告.docx
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武汉大学港航专业工程水文实习报告
水文实习报告
港口航道及治河工程专业2009级一班
2009301580256李忱庚
目录
实习一、水下地形测量3
实习二水文年鉴的查阅和使用7
实习三气象要素观测10
实习四参观汉口水文站22
实习一、水下地形测量
实验目的：
江河湖海水面以下常呈现复杂的地形。
为了研究河床、海岸的演变，确定河道整治方案，
修建闸坝等水工建筑物，要有水下地形资料。
水下地形用等高线表示，除施测方法与陆地上
有差异外，施测原理基本相同。
水下地形测量是利用船艇在水面上探测河道地形的一种方法，
包括水位观测、测深和定位等内容。
水下地形测量与陆地地形测量一样，首先确定点的平面位置（称定位），再确定点的高
程。
定位测量可采用经纬仪，六分仪进行；高程即测深可用回声测深仪，超声波测深仪，测
深杆，测深锤等进行。
实验步骤：
1.测深点的布设
在水下地形测量中，河床的高低起伏情况是看不见的，不可能像陆地上地形测量那样选
择地形特征点作为碎部点，一般只能按均匀分布的原则布设测深点。
如图所示，在垂直于河流流向每隔一定距离布设测深断面（在河道弯曲处，测深断面可布设成辐射线的形式）。
在每个测深断面延长方向的两岸上竖立断面标杆，测船以断面标杆为目标眼断面行驶，每隔一定距离测定一个水深，与此同时用经纬仪或六分仪交会法测定测深点的平面位置。
一般规定，在图上每隔1--2cm布设一个测深断面，相邻测点之间的距离在图上一般为0.6--0.8cm左右。
2.水位观测和测点高程
为了求得河床测点的高程，要观测水位与水深，以水位减水深即得测点高程。
如测区附近已设有固定水尺，可直接进行水位观测。
否则，应在水边设立临时水尺进行观测。
由于水位的涨落随时间而异，严格地说，计算每个测点的高程应该用测量该点水深时的水位。
但这是难以做到的，实际上也不需要这样高的精度。
一般做法是每测一个断面观测一次水位，或在测量开始和结束时各观测一次水位。
水位不仅随时间而异，而且随地点不同而异。
除湖、库以外，河流水面总有个降落的坡度，这时应根据所观测河段的首部、中部和尾部水位，按水面比降及断面间距推算出各测深断面的水位。
测深工具：
1.便携式超声波测深仪（HSW-1000DATA）
HSW-1000DATA型便携式超声波测深仪是超小型数字化水深测量仪器，具有体积小、功耗低、精度高、工作稳定可靠等特点。
仪器小巧、价格较高，希望大家在使用过程中注意爱惜。
仪器主要技术指标：
最大水深100米，显示分辨率0.01米，换能器入水深度修正0-2米。
工作原理：
HSW-1000DATA型便携式超声波测深仪是利用回声法进行水深测量的，即由测深仪换能器对水底发射一定脉宽、一定能量的声波脉冲，经水低反射后仪器将记录声波由发射到接收到回波的时间，然后根据水中声速V（约1460米/秒）和声波往返时间T换算出水深h，即：
h=VT/2。
其中水中声速V随水温和盐度的变化而变化，那么实际水深H应为：
H=Lh+E，其中L为声速修正系数（见表），E为换能器入水深度。
表为水声速修正系数表
水温TW（0C）
淡水LF
海水LS
0-8
0.98
1.00
9-18
1.00
1.04
19-38
1.02
1.06
说明：
经实验，谈水中声速为：
V=1410+4.21C-0.037C2；海水中声速
为：
V=1449+4.60C-0.055C2；C为摄氏水温，水深修正系数L=V/1460
仪器的操作使用：
1.装上电池；
2.将换能器与主机连接，此时主机自动进入开机工作状态；
3.将换能器置入水中，按仪器要求应将换能器垂直于入水中0.2米左右，且换能器侧面15°开角内不要有障碍物。
每次测量时一定要对水温进行量测，以确定当时的L（声速修正系数），一定要确定E（换能器置入水中的深度）。
定位测量（测距）：
确定测深点平面位置的方法有经纬仪前方交会法，六分仪后方交会法。
目前我们采用手持式激光测距仪。
手持式激光测距仪（LASER/400）
LASER/400手持式激光测距仪具有携带方便、操作方便且精度高之优点，仪器测距范围在10—400m之间。
下面简单介绍其功能及操作步骤。
二、测量方法
1.按电源开关——④；
2.眼睛观看物镜——①，此时可见物镜中液晶显示在闪烁；
3.以物镜液晶显示中的十字丝中心对准目标，当景物不清晰时，可旋转焦距——⑥，
直至目标清晰；
再次按电源开关——④，进行测量；
5.若液晶显示为[≡]，则表示正在测量，稍等片刻将显示距离读数，此点测量完毕；
6.若液晶显示为[−−−]，则表示该点不能测量，此仪器的测距范围在10--00m之间；
7.按住电源开关——④不松手，显示的距离读数将不会马上消失；距离为多次显示
的那个数据；
8.测量单位的选择：
此仪器有两种读数单位——米（M）和码（YD），1YD=0.914，
其转换方法为：
按住单位选取——③片刻，即能实现两单位之间的转换。
此仪器体积小易于携带，我们在使用过程中应避免直视太阳、避免摔碰。
给每台仪器
配电池、将仪器内不用的东西全部拿出来。
用完后请务必将电池取出。
施测步骤
1、首先在岸上布设平面控制点，即六分仪标杆所立之点（此项工作事先由老师安排作准备），见图所示；
2、测深点布设，本次采用断面法，断面间距和测点之间的距离均为10--15米，每个小组要完成7--8个断面的测量任务；
3、用六分仪后方交会法测定测点平面位置：
A、在岸上首先确定好六分仪标杆，如图所示的A、B、C、D标杆，另外岸上须立
起两根断面标杆，以供测船瞄准断面线用；
B、测船沿端面线行驶，每隔一定距离，船上两名观测员各持一架六分仪，在同一位置分别测出角和角（如图所示），负责测深者也同时测出该点的水深，记录者根据点次依次记下观测角和测点水深，照此办法测完每个断面为止；
C、要求各测点对两个六分仪标杆之间的夹角和大于20、小于130，以便测点位置交会准确；
D、需要注意的是，角和角一定是六分仪标杆之间的夹角，这样才能在图纸上定出测点的位置；
4、水深及水位测量：
水深用测深锤测量；
水位按假定水位，这里假定水位为30米；
测点高程=水位-水深
业内及成果整理：
A、整理测量记录，算出测点高程；
B、利用三臂分度规将各测点高程展绘在图纸上；
C、勾绘等深线，绘出水下地形图。
要求
用手持式激光测距仪进行定位，用便携式超声波测深仪量测水深，然后用三臂分度规将所测的点的平面位置绘在图纸上，并标上相应点的高程，据此勾绘出等高线，即水下地形图。
水下地形数据.docx
实习二水文年鉴的查阅和使用
收集水文资料是水文分析计算的基本工作之一。
水文资料的来源有水文年鉴，水文手册，水文图集和各种水文调查资料等。
水文年鉴：
水文站网观测整编的资料，按全国统一规定，分流域、干支流及上下游，每年刊布一次，称为水文年鉴。
水文年鉴的主要内容包括：
测站分布图；水文站说明表及位置图；测站的水位、流量、泥沙、水温、冰凌、水化学、降水量、蒸发量等资料。
我国水文年鉴按流域分为10卷，即黑龙江流域、辽河流域、海河流域、黄河流域、淮河流域、长江流域、浙闽台河流、珠江流域、藏滇国际河流、内陆河湖等，共计74册。
从你所拿到的水文年鉴中任意选出一个水文站：
1、查出该站所使用的基面；
2、查出该站当年的平均水位；
3、查出该站当年的最高水位、最低水位以及各自发生的日期；
4、查出该站当年的年平均流量；
5、查出该站当年最大流量、年最小流量以及各自发生的日期；
6、按照以上所查得的年平均流量值，计算该年的年径流总量，年径流深，年径流模数，并将计算结果与逐日平均流量表上的相应值作比较。
从你拿到的水文年鉴中，任意选出一个雨量站：
1、查出该站当年的年雨量值；
2、找出该站当年的汛期雨量分段摘录表，从分段资料中计算5--10日的日雨量，并与逐日雨量表上的相应数值作比较。
选取1967年长江流域水文资料第13册·洞庭湖区（沣水水系，四口，湖区水系）三江口站的水文资料
三江口站位于湖南省石门县任家坊歪角垭，集水面积14500平方公里，冻结基面高程0.000米。
当年最高水位63.85m（6月19日），最低水位57.11m（1月23日），平均水位58.36,m。
最大流量6180立方米（6月19日），最小流量50.6立方米（1月23日），平均流量572立方米。
年径流总量180.3亿立方米，年径流深1243.4mm，年径流系数39.4立方分米/秒·平方公里。
年径总量：
572公方/秒*365*24*60*60秒=180.4*10^8公方（计算值）180.3*10^8公方（官方值）
径流深度：
180.4*10^8公方/14500平方公里=1244.0mm（计算值）180.3*10^8/14500=1243.4mm（官方值）
径流模数：
572公方/秒/14500平方公里=39.4分米^3/s*公里^2（计算值=官方值）
数据分析：
根据年平均流量计算的年径总量与表格中的公布值差=0.5‰，因此可以认为数据是无误的。
年降水量1684.5mm，汛期雨量分段摘录、逐日雨量表如下：
汛期雨量分段摘录：
日期（6月）
起
止
雨量
19
2
5
7.0
5
6
6.3
6
7
5.8
7
8
2.8
8
14
2.6
14
20
1.8
20
2
1.3
20
8
14
0.1
14
20
0.6
21
8
14
2.6
14
20
5.6
20
2
0.2
23
8
0.1
14
20
8.5
20
23
9.4
23
2
7.5
24
2
3
3.6
3
4
2.8
4
5
4.2
5
8
2.6
8
14
1.0
25
14
20
0.4
20
2
3.2
逐日雨量表：
日期
降雨量
6.16
24.2
6.17
17.8
6.18
94.9
6.19
5.7
6.20
0.7
6.21
8.4
6.22
0.1
6.23
38.6
6.24
1.0
6.25
3.6
根据以上两个表格，该站当年的汛期雨量分段摘录表中6月16日至6月25日10日内的雨量分段摘录数据，根据第一日8时至第二日8时为一日雨量计算出的雨量数据，与逐日雨量表上相应的数据对比，完全一致，表示高坦水文站的雨量测记正确。
四、水文调查
通过水文站网进行定位观测是收集水文资料的主要途径。
但是，由于定位观测受时间和
空间的限制，有时并不能完全满足生产需要，故必须通过水文调查加以补充。
1．洪水调查:
水利水电工程的设计洪水计算，都必须进行历史洪水的调查和考证工作。
一般方法是在工程断面附近选择调查河段，查阅历史文献，询问当地老居民，指认历史洪痕
及发生时间，然后测量河道地形、断面和洪痕高程，推算历史洪水。
近年来，还应用地层学
和河流地貌学、年代学知识，调查分析近万年内的特大洪水，称为古洪水研究，是洪水调查
的一种新途径。
2．暴雨调查:
历史暴雨调查，一般是通过群众对雨势的回忆，或与近期发生的某次大
暴雨相对比，得出定性的概念；也可根据群众设在空旷露天处的生产生活用具，如盆、桶、
缸等容器暴雨期间接纳的雨水推算出降水量。
3．枯水调查:
枯水流量是水文分析计算中不可缺少的资料，也必须进行历史枯水调查。
调查方法与洪水调查基本相似，不过难度更大。
一般很难找到枯水痕迹，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。
实习三气象要素观测
气象学是研究大气中所发生的物理现象和物理过程的科学。
陆地水文学是研究陆地上水文循环规律的科学，包括降水的时空分布，水分的蒸发，以及地表径流和河川径流的形成过程等。
两者有着紧密的联系，水利工程中很多问题的解决都需要有气象学的理论知识，因此气象观测也是水文信息采集的重要组成部分。
气象观测中空中气象观测和地面气象观测观测两种。
空中气象观测是指使用升空仪器和气球进行的观测，地面气象观测是指在地面上用目力和用设置在地面的仪器直接进行的观测。
地面气象观测的内容包括云、能见度、天气现象、风、温度、湿度、气压、降水、蒸发、日照及地温等，而与我们水文水利工作密切有关的气象要素主要是降水、蒸发、气压和温度、湿度，本实习要求学会观读降水和蒸发，了解有关水文气象仪器。
一、观测场
观测场是取得地面气象信息的主要场所，地点一般设在能较好地反映本地较大范围气象要素特点的地方，四周必须空旷平坦，避免局部地形的影响。
在城市或工矿区，观测场应选择在城市或工矿区最多风向的上风方。
观测场边缘与四周孤立障碍物高度的十倍以上；距离较大水体（水库、湖泊、河海）的最高水位线，水平距离至少在100m以上。
观测场四周10m范围内不能种植高杆作物，以保证气流畅通。
本次实习选取了六教楼顶作为观测场。
（一）观测场的要求
观测场大小应为25m×25m，如确因条件限制，可为16m（东西向）×20m（南北向）。
场地应该平整，保持有均匀草层。
为保护场地的自然状态，场内要铺设0.3~0.5m宽的小路，只准在小路上行走。
为保护场内仪器设备，观测场四周应设高度约1.2m的稀疏围栏，须能保持气流畅通。
要保持场内整洁，经常清除观测场上的杂物。
（二）观测场内仪器的布置
观测场内仪器的布置，要注意互不影响，便于观测操作。
具体要求如下：
（1）高的仪器安置在北面，低的仪器顺次安置在南面，东西排列成行；
（2）仪器之间，南北间距不小于3m，东西间距不小于4m。
仪器距围栏不小于3m；
（3）观测场门最好开在北面，仪器安置在紧靠东西向小路的南面；
（4）观测场内仪器的布置，可以参考图1-1。
二、百叶箱
百叶箱是安置测定温、湿度仪器用的防护设备（图1-2、图1-3）。
它的作用是防止太阳对仪器的直接辐射和地面对仪器的反射辐射，保护仪器免受强风、雨、雪等的影响，并使仪器感应部分有适当的通风，能真实地感应外界空气温度和湿度的变化。
百叶箱分大小两种：
小百叶箱内部高537mm，宽460mm，深290mm，安置干湿球、最高、最低温度表和毛发湿度表；大百叶箱的内部高612mm，宽460mm，深460mm，安置温度计和湿度计。
百叶箱内外各部分均涂刷白色油漆。
在小百叶箱的底板中心，安装一个湿度表支架，干湿球温度表垂直悬挂在支架两侧的环内，球部向下，干球在东，湿球在西，球部中心距地面1.5米高，见图所示。
湿球温度表球部包扎一条纱布，纱布的下部浸到一个带盖的水杯内。
杯口距离湿球球部约3厘米，杯中盛蒸馏水，供湿润湿球纱布用。
百叶箱应水平地固定在一个特制的支架上，箱门朝正北。
支架应牢固地埋入地下，顶端约高出地面125cm。
百叶箱装在架子上，用角铁和螺钉固定。
多强风的地方，须在四个箱角拉上铁丝纤绳。
百叶箱要经常保持洁白，清洗百叶箱不能影响观测和记录。
气温的测量
空气的温度是表示空气冷热程度的物理量。
气温测量的项目有定时气温、日最高气温、
日最低气温，以及温度计进行的气温的连续记录。
气温的单位以摄氏度（°C）表示，取一位小数
（一）定时气温测量
定时气温测量用液体温度表。
液体温度表可分为普通温度表、最高温度表和最低温度表3种。
1、普通温度表
普通温度表是用以测定任一时刻气温的仪器，它是根据水银（或酒精）的热胀冷缩原理制成（图1-4）。
2、最高温度表
最高温度表是用来测定一定时间间隔内的最高气温的一种仪器（图1-5），它的构造与一般温度表略有不同。
它的感应部分内有一玻璃针，伸入毛细管，使感应部分和毛细管之间形成一窄道。
当温度升高时，感应部分水银体积膨胀，产生的压力大于狭管处的摩擦力，故水银仍能够在毛细管和玻璃针之间挤过而上升；当温度下降时，毛细管内的水银收缩，当水银由毛细管流回球部时，在狭窄处的摩擦力超过了水银的内聚力，水银柱就在此处断开，狭管处的水银柱仍留在管内，即水银柱只能随温度的升高而上升，气温下降时它就留在原处不动，于是便可以用它测定某段时间内的最高温度。
最高温度表安置在温度表支架下横梁（或三通管）的上面一对弧形钩上，感应部分向东稍向下倾斜，约高出干湿球温度表球部3cm。
3、最低温度表
最低温度表是用来测定一定时间间隔内的最低气温的一种仪器（图1-6）。
表中的感应液是酒精，毛细管内有一哑铃形游标。
当温度下降时，酒精柱便相应下降，由于酒精柱顶端表面张力的作用，带动游标下降；当温度上升时，酒精膨胀，酒精柱经过游标周围慢慢上升，而游标仍停留在原来位置上，于是它便能测定某一段时间内的最低温度。
最低温度表水平地安置在温度表支架下横梁（或三通管）的上面一对弧形钩上，感应部分向东，低于最高温度表1cm。
最高温度表和最低温度表每天20时观测一次，观测后须调整温度表。
观测最高温度表时，应注意温度表的水银柱有无上滑脱离开窄道的现象；观测最低温度表时，眼睛应平直地对准游标离感应部分远的一端；观测酒精柱顶时，对准凹面中点（即最低点）的位置。
各种温度表读数要准确到0.1ºC。
气温连续变化的测量
温度计是自动记录气温连续变化的仪器。
从其自记记录纸上可以得到任何时刻的气温数值和极端气温值（最高、最低值）及其出现时间。
它主要由感应部分（双金属片）、传递放
大部分（杠杆）、自记部分（自记钟、纸、笔）3部分组成（图1-7）。
它的测温原理是：
有两片膨胀系数不同的金属片（黄铜和铟钢）焊接在一起组成的感应部分（双金属片），当温度变化时，双金属片由于各自的膨胀系数不同而引起自由端的微量变化，通过机械杠杆原理传递放大带动笔杆上下移动，随着自记钟的运转和温度的不断变化，即可记录下清晰的温度随时间变化的连续曲线。
温度计应稳固地安置在大百叶箱中下面的架子上，底座保持水平，感应部分中部离地1.5m。
四、气压的测量
气压测量是测定作用在单位面积上的大气压力。
气压以百帕（hPa）为单位，取小数点后一位。
（一）气压的定时测量
定时气压测量是用水银气压表进行的，它是根据水银柱的重量和大气压相平衡的原理来测定气压的。
观测用的仪器主要有动槽式（福丁式）和定槽式（寇乌式）水银气压表。
动槽式水银气压表（图1-8）是借助于一端封闭，另一端插入水银槽内的玻璃管中的水银柱高度来测量大气压力的。
动槽式水银气压表由感应、刻度和附属三部分组成。
感应部分由一根长约1m，一端开口一端封闭，里面装着纯净水银的玻璃管，和一个由软羊皮制成的水银槽组成。
玻璃管开口的一端倒插在槽内，槽的底部有一个调整螺丝，用来调整水银面的高度。
通过标尺、游标和象牙针等组成读数部分。
标尺用来测定水银柱高度的整数；游标用来配合标尺测定水银柱高度的小数部分。
象牙针的针尖用来表示标尺的零点。
另外，表身中部有一支普通温度表，它的球部在铜管和玻璃管之间，用来测定水银和铜管的温度，是气压表的附属部分。
使用动槽式水银气压表观测气压的步骤为：
1、观测附属温度表精确到0.1度，先读小数，后读整数；
2、旋转水银杯底部调节手柄，使象牙针尖与其在水银中的倒影尖部刚好接触为止；
3、转动游尺调节机构的手柄，先使游尺基面向上或向下滑动到稍许高出水银柱面，然后再缓慢地把游尺调下，用游尺基面正确地和水银柱弯月面刚好相切；
4、读出靠近游尺零线以下的整数刻度值，再从游尺上找出正与标尺上某一刻度线相吻合的刻度线的数值，见图1的气压读数为1010.0毫巴，图2为993.5毫巴；
5、读取的气压表示值，经过仪器差订正（数据见产品出厂合格证明书）、重力订正（包括纬度和高度的订正）和温度订正（见气象常用表）以后即得出了当时的气压值。
定槽式水银气压表（图1-9）的构造和动槽式水银气压表大体相同，也由感应、刻度和附属三部分组成。
所不同的是刻度尺零点位置不固定，槽部无水银面调整装置，因此须采用补偿标尺刻度的办法来解决零点位置的变动。
（二）气压连续变化的测量
气压计是自动、连续记录气压变化的仪器。
它由感应部分（金属弹性膜盒组）、传递放大部分（两组杠杆）、自记部分（自记钟、笔、纸）三部分组成（见图1-10）。
感应部分是由几个空盒（盒内近似真空）串联而成的，最上的空盒与传放装置连接，是空盒组活动的一端；最下一个空盒的轴则固定在一块双金属片上，是用以补偿温度对空盒变形的影响。
传递放大装置由两组杠杆提高联接片相连组成的，用以传递并放大空盒的变化。
自记部分与其他自记仪器相同。
气压计的测压原理是：
当大气压力作用在空盒上，空盒及空盒内部的弹簧片为了要平衡气压就会伸缩，通过杠杆系统带动自记笔上下移动，从而在转动的自记纸上连续地记录下气压随时间的变化曲线。
五、空气湿度的测量
空气的湿度是表示空气中的水汽含量和潮湿程度的物理量。
表示空气湿度的物理量有：
水汽压（e）-------空气中水汽部分的压力。
单位以毫巴（hPa）表示，取一位小数；
相对湿度（U）-----空气中实际水汽压与当时气温下的饱和水汽压之比。
以百分数（%）表示，取整数；
露点温度（td）-----空气在水汽含量和气压不变的条件下冷却达到饱和时的温度。
单位以摄氏度表示，取一位小数。
其中：
水汽压、相对湿度：
用经过仪器差订正后的干、湿球温度，从《气象常用表》中查取水汽压、相对湿度值。
露点温度：
根据查得的水汽压值，从“气象规范”附表露点温度查算表中查得。
（一）定时湿度测量
定时湿度测量的仪器有干湿球温度表、通风干湿表和毛发湿度表。
干湿球温度表
干湿球温度表（图1-11、图1-12）是由两支型号完全一样的温度表组成。
温度表是根据水银（酒精）热胀冷缩的特性制成的，分感应部、毛细管、刻度磁板、外套管四个部分。
用两支大小形状完全相同的普通温度表，垂直安放在百叶箱内的支架两侧的环内，球部向下，
球部均离地面1.5m。
其中东边的一支用来测量大气温度，叫干球温度表；西边的一支球部缠上湿润的纱布（纱布下端浸在水杯中,杯口距湿球球部约3cm，杯中盛蒸馏水，供湿润湿球纱布用），叫湿球温度表。
当空气未饱和时，纱布上的水分就会蒸发，而蒸发所需要的热量直接取自于流经湿球周围的空气，湿球温度就会低于干球温度。
另一方面，蒸发快慢与空气中湿度大小有关，因此，可以根据当时的外界条件（气压、风速）与干湿球温度差，用相应公式推算出当时空气的湿度。
在实际工作中，可以根据事先编制好的湿度查算表查取空气
湿度。
2、通风干湿表
通风干湿表是一种携带方便，精度较高，适宜于野外勘测的良好仪器。
整套仪器由一对感应部分为柱状的温度表、支架、三通管及通风管组成（图1-13），并附有专用直流稳压电源、双控开关和电缆。
其作用原理和百叶箱中的干湿球温度表基本相同，所不同的是它采用电动通风装置，使流经湿球球部的空气速度恒定（3.0~3.5m/s），以提高测定湿度的准确性。
3、毛发湿度表
毛发湿度表是根据脱脂人发能随空气湿度大小而改变长度的特性，用人发制成的测定空气相对湿度的仪器，其构造见图1-14。
毛发湿度表的结构如图所示，毛发上端固定在架子上部的调节器的小孔上，下端固定在下部的弧块上，弧块与重锤相关联，因之重锤使毛发紧张，弧块的横梢与指针一起固定在轴上，当毛发伸缩时相应地带动着指针在刻度尺前偏转，刻度尺上刻着表示相对湿度百分数的刻度线。
观测时，按当时指针指示的位置观测读数，记入观测薄相应栏。
在冬季往往要对其观测值进行订正，按当月订正图加以订正，订正后方能记入观
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