水文测验作业.docx

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水文测验作业

实验六流量测验

一、实验目的

掌握

二、实验要求

1.超声波水深仪的使用。

2.学会面积法流量测验的基本方法及资料分析整理。

3.完成流量计算表及各水力要素的计算。

二、实验仪器

LJX-1型便携式流速流量测算仪

LS1206B型旋桨式流速仪

SSH便携式超声波测深仪

实验四流速仪（旋杯式和旋浆式）的拆装

要求:

1了解流速仪的主要构造与工作原理

2掌握流速仪的使用方法

一ZSX-3型直读流速流向仪

ZSX-3型直读流速流向仪是一种能同时测流速流向的新式仪器.

1构造与原理

结构见图所示。

仪器分为水上和水下两部分。

水下部分主要由旋转、身架和尾翼组成，

且尾部有一个定向磁钢及一个传讯线圈，由于结构的原则，加双尾翼，为避免铅鱼、钢丝绳

等铁体对磁钢的影响，转轴上下均用铜悬杆隔开；水上部分主要为直读流速显示器，水下的

流速流向讯号通过六芯电缆传入显示器内。

流速计算是按直线公式设计的，当流速大于0.2米/秒时，

V=K.N/T+C

式中V------流速；

K------水力螺距系数；

N------旋浆转数；

T--------时间；

C------仪器常数；

测流向是根据“磁性同步器原理”设计的，即传递器作任何转动时，指示器的指针也旋

转同样的角度。

2安装

首先将尾翼用固尾螺丝紧固在身架上，将旋浆放在转轴套上，转轴套上、下用铜悬杆联

接，下面再吊铅鱼，上面接钢丝绳，再将六芯电缆上的密水插头端接在插座上，要用扳手固

紧才能防水，线的另一端接在显示器上。

电池盒内装四节干电池（注意“+”、“-”极），接入

显示器后接电源插座。

3使用方法

1、K值选择：

从流速仪检定公式中找出仪器的K值，然后将K值选择开关置于相应挡

位；

2、C值选择：

它是专门用来预置流速仪C值的。

横线上方是用50秒测流时预置C值,

有两个挡位；横线下方是用100秒测流时预置C值，有四个挡位供选择。

使用时，首先从

流速仪检定公式中找出仪器的C值，然后按四舍五入的原则将C值选择开关置于相应挡位；

3、直读挡：

当测点流速大于0.2米/秒，测流时，将流速开关置于该挡位，启动复零开

关；

4、计数挡：

当流速低于0.2米/秒时，用此挡位；

5、测流向：

将流向开关置于“开”位置，等指针平稳后即可读取流向值，流向值最好取

几次的平均值，流向耗电较大，必须随测随开，由于流向开关对测速有影响，故不宜在测速

时开动流向开关；

6、仪器用完后，流速开关拨到“电源关”上，流向开关置于“关”上。

二旋杯式流速仪的拆装

以LS-68型旋杯式流速仪为例,其构造如图所示:

1、旋杯2、旋轴3、轭架4、旋盘固定帽5、顶针6、顶头7、并帽8、旋盘固定架9、轭架

顶螺丝10、顶窝11、固定帽垫圈12、偏心轴13、侧盖14、齿轮15、齿轮轴螺丝16、接

触丝17、固定螺丝18、轴套座19、钢珠20、钢珠21、弹簧垫圈22、顶盖23、顶盖垫圈

24、绝缘套25、联结螺丝26、紧压螺帽27、绝缘垫圈28、小六角螺帽29、接线螺丝30、

防脱螺丝31、压线螺帽32、悬杆33、固尾螺丝34、尾翼35、平衡帽

主要结构性能如下：

转子部分：

由旋杯、旋盘、旋轴、顶针及轴套座等组成，它位于仪器的头部，当水流冲

击仪器时，使其转动，并通过它传递到接触部分，借此来测出水流的速度。

接触部分：

包括偏心轴、齿轮、接触销、接触丝等部件，这些称为传讯机构，其中齿轮

与转子部分的旋轴接触，并一起旋转，转轴旋转20转，齿轮旋转一周，齿轮侧面有四个接

触销，故当接触丝与之接触时，则旋轴每转5转时接通电路一次。

尾翼：

是用以平衡仪器，使仪器迎向水流的机构。

1拆装内容

拆装旋杯式流速仪的头部，包括旋盘、旋轴、顶针、顶头小螺丝扣、轴套座偏心轴；察

看齿轮、接触丝，并了解以上零件的相互关系。

2拆装步骤

（1）用扳手把固定旋盘的六角螺丝打开，再松开上下顶螺丝，取下旋盘固定器或顶针及

偏心筒。

（2）将偏心筒的侧盖用扳手打开，了解接触丝及齿轮的转动与接触情况。

（3）将偏心筒的顶盖打开，找到钢珠座的位置，用螺丝刀将钢珠座取下，看其结构。

（4）取出压盘六角螺帽，卸下旋轴，旋杯，观察其构造。

（5）把上面拆卸的零件安装为原状，然后把旋盘固定器取下，装上顶针，口轻轻吹气视

仪器灵敏，灵敏则可，否则进行调整。

（6）把两电线一端接在两压线螺丝帽下面，另一端接到计数器上，转动旋杯，看其发出

信号是否正常，最后取下顶针，把仪器按照原来位置，安放在箱子中。

三旋浆式流速仪的拆装

以LS10型旋浆式流速仪为例，其结构如图：

1、旋桨2、压帽3、旋轴4、齿轮轴5、齿轮6、接触丝7、固定螺丝8、插头9、衬套10、

衬管11、压线螺丝12、接线柱13、固定螺丝14、身架15、插孔套16、插孔17、固轴螺丝

18、防水垫圈19、绝缘座20、接触轴套21、接触销22、螺丝套23、后轴套24、外隔套25、

内隔套26、轴承27、前轴套

旋浆式流速仪的结构主要包括旋转、身架和尾翼三大部件。

1拆装内容

拆装旋浆式流速仪的旋转部件、身架及尾翼，了解相互之间的联系和原理。

2拆装步骤

1）取下轴套末端的保护套，按顺时针方向将反螺丝套取下，并将轴套连回旋轴从浆叶

中取出；

2）将旋轴从轴套中取出后，拆下轴套、套管及螺丝帽、上轴承外圈、外隔套、内隔套、

下轴承外圈、下轴承等部件，请认清零件的位置，按相反步骤再装上还原（要特别注意上下

轴及外圈的位置）；

3）在未装上轴套前，用手扳动小齿轮，看接触丝接触情况，其原理是这样的：

当安装

在轴套内腔中的螺丝套随旋浆一起转动时，螺丝套的螺丝即带动齿轮转动，螺丝套每转一圈，

螺纹即发动齿轮一个牙，齿轮有20个牙，故旋浆每转20转，齿轮回转一周，同时，齿轮

上的接触销即与其上方的接触丝相碰一次，电路随即接通，电流经由导电杆传至身架部分的

接线柱，并借电线传至水面的电讯部分，以供计数；

4）将旋轴插入浆叶内，装上反螺丝套；

5）松开身架固定螺丝，将旋轴插入身架内再上紧固定螺丝，并装上尾翼；

6）将仪器悬挂在测杆上，并接上信号设备，观察信号是否正常；

7）最后将仪器装入仪器箱内相应的各部件的位置上。

实验五流量测验

通过这个实验,同学们应了解如何正确使用流速仪,知道如何测得点流速和如何通过测

点流速来计算流量.

通过河流某一断面的流量Q可表示为断面平均流速V和过水断面面积A的乘积，即

Q=V.A,因此，流量测验应包括断面测量和流速测验两部分工作。

流速仪法测流，是以上式为依据，将过水断面划分为若干部分，用普通测量的方法测算

出各部分断面的面积，用流速仪测算出各部分面积上的平均流速，部分面积乘以相应部分面

积上的平均流速，称为部分流量。

部分流量的总和即为断面的流量。

一断面测量

河道断面测量，是在断面上布设一定数量的测深垂线，如图5-1所示，测得每条测深垂

线的Di和水深Hi，从施测的水位减去水深，即得各测深垂线处的河底高程，便可绘制断面

图（图5-1）。

图5-1断面测量示意图

1水深测量

测深垂线的数目和位置要求达到能控制断面形状的变化,以便能正确地绘出断面图。

一

般主槽较密,滩地较稀,测深垂线的位置应能控制河床变化的转折点。

测量水深的方法随水深,流速大小,精度要求不同而异。

通常采用测深杆,测深锤（或铅鱼）,

回声测深仪等施测。

测深杆是一种精度较高的测深方法,当水深小于5m,流速小于3.0m/s时,

应尽量采用。

测深锤（或铅鱼）用于流速和水深都较大的情况。

回声测深仪一般适用于水深较

大,含沙量小的江河湖库。

测法详见"水下地形测量"一节。

2起点距测量

起点距是指断面上测深垂线到断面起点桩的水平距离。

起点距可用断面索法和仪器交会

法测定。

断面索法,如图5-2,是一种架设在横断面上的钢丝缆索上系好表示起点距的标志,直接读

得各测深垂线起点距的一种方法,适用于河宽不大,有条件架设断面索的测站。

图5-2测角交会法测定起点距示意图

仪器测角交会法包括经纬仪交会法和六分仪交会法等。

当使用经纬仪作前方交会时,将

仪器架设在C点测出夹角,再用下式计算出起点距。

D=L.tgΦ

式中D-------起点距，m；

L-------基线长度，m；

Φ----基线与经纬仪视线间的夹角，º；

六分仪交会法是在船上测出夹角β，再按下式计算起点距：

D=L.ctgβ

二流速测验

1流速仪测速原理与点流速测定

图5-3LS68-2型旋杯式流速仪图5-4LS25-1型旋桨式流速仪

流速仪是用来测定水流中任意指定点沿流向的水平流速的仪器。

我国采用的主要是旋杯

式（图5-3）和旋浆式（图5-4）两类。

它们由感应水流的旋杯器（旋杯或旋桨），记录信号

的计数器和保持仪器正对水流的尾翼等三部分组成。

当仪器放入水中时，旋杯或旋桨受水流

冲动而旋转，流速越大，旋转越快。

根据每秒转数和流速的关系，便可计算出测点流速。

流速仪转子的转速n与流速v的关系，在流速仪检定槽中通过实验率定，其关系式一般

为v=Kn+C,式中K、C分别为仪器检定常数与摩阻系数。

测流时，对于某一测点，记下仪器的总转数N和测速历时T，求出转速n=N/T，由式即

可求出该测点的流速v。

为消除流速脉动的影响，要求T>100s。

2．流速垂线及测速点布置

流速仪测速时必须在断面上布设测速垂线和测速点，以计算测量断面面积上的流速。

测

速的方法，根据布设垂线、测点的多少繁简程度而分为精测法、常测法和简测法。

流速仪测速垂线的数目主要是根据水面宽度和水深而定，具体规定见表5-1。

表5-1我国精测法、常测法最少测速垂线数目的规定

水面宽（m）<5.05.0501003001000>1000

精测法561012-1515-2015-25>25

常测法3-556-87-98-138-13>13

在每条测速垂线上，流速随水深而变化，为求得垂线平均流速，须在各测速垂线不同水

深点上测速。

垂线上测点的数目和位置根据水深和对精度的要求而定，见表5-2。

表5-2精测法测速点的分布

水深垂线上测点数目和位置

悬杆悬吊悬索悬吊畅流期冰期

>1.0>3.0五点（水面、0.2、0.6、0.8水深、

河底）

六点（水面、0.2、0.4、0.6、

0.8水深、河底）

0.4~1.01.5~3.0三点（0.2、0.6、0.8水深）

二点（0.2、0.8水深）

0.16~0.400.6~1.5一点（0.6或0.5水深）

<0.6改用悬杆悬吊或其它测流方法改用悬杆悬吊

<0.16改用小浮标或其它测流方法

三流量计算

流量计算一般都以列表方式进行。

方法是：

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得部分流量，各部分流量之

和即为全断面流量。

1.垂线平均流速计算

一点法Vm=V0.6或Vm=（0.90~0.95）V0.5

二点法Vm=（V0.2+V0.8）/2

三点法Vm=（V0.2+V0.6+V0.8）/3

五点法Vm=（V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0）/10

式中Vm------垂线平均流速，m/s；

V0.0，V0.2，V0.6，V0.8，V1.0------水面，0.2H，….，河底处的测点流速，m/s。

2.部分面积平均流速的计算

部分面积平均流速是指两测速垂线间部分面积的平均流速，以及岸边或死水边与断面两

端测速垂线间部分面积的平均流速，见图5-5。

图的下半部表示断面图，上半部表示垂线平

均流速沿断面的分布图。

（1）中间部分面积平均流速的计算

V2=（Vm1+Vm2）/2

（2）岸边部分面积平均流速的计算

V1=aVm1

式中a---为岸边系数，与岸边性质有关，斜岸边a=0.67~0.75，陡岸边a=0.8~0.9，死水

边a=0.5~0.67。

图5-5流量及部分面积计算示意图

3.部分面积计算

部分面积以测速垂线为分界。

中间部分按梯形计算，岸边部分按三角形计算（见图）

（1）中间部分面积，例如

A2=（H1+H2）.b2/2

（2）岸边部分面积

A1=H1.b1/2

4.断面流量计算

Q=A1V1+A2V2+……….+AnVn=q1+q2+……..+qn

式中qi-----各部分面积的流量

5.断面平均流速计算

V=Q/A

式中A-----过水断面面积，m2；它等于各部分面积之和。

四要求

1、测出各垂线的水深和起点距，

2、测出各垂线上的点流速；

3、计算断面流量。

用测深杆配合测流速，施测时5--6人一组，1人指挥，2人进行测量，1人记录，1人

看秒表。

所用工具有：

流速仪（LS-25-1型旋浆式）、测深杆、秒表、钢卷尺、计数器等。

五具体操作

1、用钢卷尺和测深杆量出所测横断面图；

2、布置测速垂线，布置3根；

3、用钢卷尺量出各测速垂线的起点距；

4、用测深杆测水深；

5、测垂线上各点流速，各测量数字汇入表1中，这里规定一根垂线上测三点，即0.2h、

0.6h和0.8h。

注意各流速均要求测两遍，以检查是否出错；为了避免流速的脉动影响，每点

每次测速历时不得少于100秒。

6、流量计算，按表2进行。

假定水面高程28.00米，m=0.9。

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三、方法步骤

1.根据测深测速记载表的实测数据，计算测点流速（大部分已计算）、垂线平均流速（已计算一部分）。

2.将表3-1中测深，测速垂线的序号、起点距、水深及垂线平均流速填入表3-2，并计算断面流量。

采用分析法计算，详见教科书。

计算流量时注意：

（1）两岸边流速系数，采用0.7

（2）当两测速垂线间增加测深垂线时，应先将测深垂线间的面积分别计算出，再计算测速垂线间的部分面积。

岸边部分有测深垂线时，也同样处理。

3.计算断面平均流速、水道断面面积、水面宽、平均水深，相应水位，并统计最大（测点）流速、最大水深等。

4．点绘水道断面图，并将各测点流速（见表3-1）标在断面图的相应位置上，勾绘断面上流速分布曲线（即等流速线）；在水道断面图的上方点绘垂线平均流速沿河宽的分布曲线（即Vm～B曲线）。

四、上交成果

1．表3-1、表3-2的计算成果

2．断面上流速分布曲线图（包括流速等值线及Vm～B曲线）。

五、参考书

1.各种《水文测验学》

2.《水文测验手册》第一册

3.《中华人民共和国国家标准——河流流量测验规范》GB．50179-93。

习题三悬移质泥沙断面输沙率计算

一、要求

1.用分析法计算悬移质泥沙断面输沙率.

2.计算断面平均含沙量及其他水力要素。

二、数据

兰州水文站1990年7月1日实测流量输沙率计算表（见表4-1）

三、方法步骤

1.根据实测的测点流速、测点含沙量、已分别求出的垂线平均流速及垂线平均含量及实测有关数据，填入表4-1的各栏。

2.计算测深垂线间的面积，部分面积（A部）及部分平均流速（V部），再计算部分流量（q），

方法同习题二，即部分流量q=A邬·V部。

3.计算部分平均含沙量（Cs部）

中间部分Cs部=（Csmi+Csmi+1）/2

岸边部分Cs部=C·Csmi或C·Csmi+1

其中:

C=1

4.计算部分输沙率及断面输沙率.

计算部分输沙率qs=Cs部·q

断面输沙率QS=

注意：

（1）单位及其换算切勿弄错。

（2）当测速垂线与取样垂线不一致时，计算部分输沙率的“部分"应以两条取样垂线间的部分为界限。

5.计算其他水力要素，包括断面平均含沙量、断面平均流速等。

四、上交成果

流量输沙率计算表（即表4-1）。

五、参考书

1.各种《水文测验学》

2.《水文测验手册》第一册

3.《中华人民共和国国家标准——河流悬移质泥沙测验规范GB50159-92》.