水文觀測

採集水體有關數據的一項工作.它是以江、河、湖、海的各種水文要素為主進行的觀測。江河湖泊水文要素有水深、水位、流向、流速、流量、水溫、冰情、比重、含沙量、降水量、蒸發量、水色、透明度、水的化學組成等;海洋水文要素有潮汐、潮流、波浪、海流、海水溫度、鹽度、海上氣溫、氣壓、風向、風速、浮游生物等。通常依一定條件在江河湖海的一定地點或斷面上布設水文觀測站，進行長期不間斷的水文觀測.各種水文觀測資料經整理分析後，不僅是各種水文預報的依據，而且也是研究海床、河床、河岸變遷、海流、徑流規律和進行各種水利工程、海岸工程設計計算以及編寫航路指南等的重要資料。

基本介紹

• 中文名：水文觀測
• 外文名：hydrometry
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降水與蒸發的觀測

降水量的觀測

降水量的觀測場地應選在四周空曠平坦的地方，避開局部地形地物的影響，觀測降水的儀器目前一般採用20cra口徑的雨量計和自記雨量計。

（1）人工雨量筒觀測

人工雨量筒是一個圓柱形金屬筒，如圖3—2所示。在降雨時雨水由漏斗進人儲水瓶，降雨後，把儲水瓶中的降雨倒人特製的量杯可直接讀出雨量深度，並記錄。

用人工雨量筒測雨一般採用分段定時觀測，常用兩段制(每日8時、20時)觀測，雨季採用四段制(每日8：00、14；00、20：00和次日2：00)、八段制(每日8：00、11：00、14：00、17：00、20：00、23：00和次日2：00、5：00)，雨大時還需增加觀測次數。若用人工雨量筒觀測降雪，可將漏斗和儲水瓶取出，只留外筒作為承雪器具。

（2）自記雨量計觀測

自記雨量計多採用虹吸式自記雨量計或翻斗式自記雨量計等。常用的虹吸式自記雨量計的工作原理為：雨水由承雨器進入浮子室後將浮子升起並帶動自記筆在自記鐘的外圍的記錄紙上做出記錄。當浮子室內雨水儲滿時，雨水通過虹吸管排出到儲水瓶，同時自記筆又下降到起點，繼續隨雨量增加而上升。這樣降雨過程便在自記紙上繪出。

自記雨量計

從自記雨量計的記錄紙上可以確定降雨的起止時間、降雨隨時間的累積變化，還可以從記錄紙上摘錄不同時段的降雨強度。但自記雨量計不能直接用來測量降雪過程。

（3）降水資料的整理

取得降水資料後，應對資料進行整理。主要內容包括：編制汛期降水量摘錄表；統計不同時段最大降水量；計算日、月、年降水量等，日降水量以8時為分界，即以昨日8時至今日8時的降水量作為昨日的日降水量。

據研究，目前的雨量器或雨量計所測的降水量由於風、蒸發、器壁粘附等因素影響而偏小，有關對比觀測工作正在開展。

蒸發的觀測

蒸發有水面蒸發、土壤蒸發和植物散發3類。

(1) 水面蒸發觀測

水面蒸發按蒸發場的設定方式分為陸上水面蒸發場和漂浮水面蒸發場兩種。水面蒸發觀測儀器有E一601型蒸發器、口徑為80cm帶套盆的蒸發器和口徑為20cm的蒸發器。其他還有FFH-3000型蒸發器、水上漂浮蒸發器、20m及100m大型蒸發池等。

口徑為80cm帶套盆的蒸發器結構分為內盆和外盆2層，內盆為直接觀測蒸發量的蒸發桶，置於一個直徑更大的外盆內，兩盆之間注水以減小四周氣溫對蒸發桶內水體溫度的影響。

E-601型蒸發器是埋在地表下的帶套盆的蒸發器，其內盆(面積3000cm)內盛水，安裝時它平置在地面，器口與地面平齊應在內盆外在套一水圈。

蒸發量觀測為每日8時定時觀測，測得前一日的蒸發量。蒸發量的觀測值是根據蒸發器中測針所指示的水面高度的變化量以及日降雨量計算出來的。

上述蒸發器或蒸發池是設定在陸上的水面蒸發觀測設備。另有一種漂浮蒸發器是把蒸發器安置在漂浮於水面的木筏上，這樣蒸發器的環境條件與天然水體更為接近，觀測到的蒸發量更能代表天然水體的蒸發情況。但有研究表明，漂浮蒸發器由於受條件限制和風浪影響，觀測精度不高，只能在缺乏蒸發池實測資料時才可引用漂浮蒸發器的觀測資料。

(2) 土壤蒸發的觀測

土壤蒸發觀測相對水面蒸發觀測而言比較複雜，目前常用稱重式土壤蒸發器。它是通過測量一定時段(一般為1天)內蒸發器中土塊的重量變化，並考慮到觀測時段內的降水．及土壤滲漏的水量，用水量平衡原理推求出土壤蒸發量。目前，我國常用的儀器是ΓΓИ-500型土壤蒸發器和大型蒸滲儀等。其中ΓΓИ-500型土壤蒸發器結構簡單，安裝、觀測較為方便，使用較廣。

ΓΓИ-500型土壤蒸發器包括內外兩個鐵筒。內筒用來切割和填裝土樣，內徑25.2cm，深50cm，口徑面積為500cm。外筒內徑為26.7cm，深60cm，作為內筒的器座，供置人內筒用。此外，內筒下有一個集水器，承受蒸發器內土樣滲漏的水量，內筒上接一排水管與徑流筒相連，以收集蒸發器土面所產生的徑流量。

(3) 植物散發觀測

植物散發是土壤中水分經植物根系吸收後輸送至葉面，然後由葉面細胞間隙氣孔逸人大氣，而氣孔具有隨外界條件變化而縮放的能力，可以調節水分散發的強度。植物散發不只是水分物理過程，而且還是植物生理過程，直接觀測比較困難。即使在實驗站條件下對小樣本進行研究，也只具有理論上的價值，難以直接引用。

(5) 蒸發資料的整理

蒸發資料的整理是指對觀測值進行日、月、年蒸發量的計算，並對有關特徵值進行統計。對於用蒸發器皿測得的水面蒸發，由於蒸發器的水熱條件、風力影響與天然水體有顯著區別，測得的蒸發量偏大，所以不能直接把蒸發器觀測成果作為天然水體的蒸發值。有關單位研究表明，蒸發池的直徑大於3.5m以後，蒸發強度與蒸發池面積間的關係才變得較小，因而認為其蒸發量可以代表天然蒸發量。為此，對大量的小型蒸發器所觀測的數據需要再乘以折算係數是才較符合實際。

水位與流量的測算

水位的測算

凡海洋、河流、湖泊、沼澤、水庫等水體某時刻的自由水面相對於某一固定基面的高程稱水位，單位m計。

計算水位和高程的起始面稱為基面；這個基面可採取海濱某地的多年平均海平面或假定平面。水文資料中涉及的基面有：絕對基面(標準基面)、假定基面、測站基面和凍結基面。

水位是水利建設、防洪抗旱的重要依據，直接套用於堤防、水庫、堰閘、灌溉、排澇等工程的設計，並據以進行水文預報工作。

水位又是一項為河流航運、木材浮運、城市用水等國民經濟建設服務的基本資料，在航道、橋樑、港口、給水、排水等工程建設中，也都需要了解水位情況。

在水文測驗中，進行其他項目如流量、泥沙、水溫的測驗時，也需要同時觀測水位，作為水流情況的重要標誌。

在水位觀測中常用的觀測設備有人工水尺和自記水位計兩種類型。

(1) 人工水尺觀測。水尺是觀測河流或其他水體水位的標尺，是測站觀測水位的基本設施，可分為直立式、傾斜式、懸錘式和矮樁式4種。直立水尺是垂直於水平面的一種固定水尺。傾斜水尺是沿穩定岸坡或水工建築物邊壁的斜面設定的一種水尺，其刻度直接指示相對於該水尺零點的豎直高度。懸錘水尺是由一條帶有重錘的繩或鏈所構成的水尺，它用於從水面以上某一已知高程的固定點測量距離水面的豎直高差來計算水位。矮樁水尺是由設定於觀測斷面上的一組矮樁和便攜測尺組成的水尺。將測尺直立於水面以下某一樁頂，根據其已知樁頂高程和測尺上的水面讀數來確定水位。其中以直立式水尺構造簡單，觀測方便，為一般測站所普遍採用。它用堅硬平直的板條或搪瓷製成，安置在岸邊便於觀測的直立樁上或釘在橋柱或閘牆上。若水位變幅較大時，應設立一組水尺。傾斜式水尺是將水尺直接塗繪在特製的斜坡或水工建築物的斜壁，如水庫的迎水坡或砌護的渠坡上。觀測水位時，水面在水尺上的讀數加上水尺零點高程即為水位。

水位觀測的時間和次數以能測得完整的水位變化過程為原則。當一日內水位平穩或變化緩慢時，可分別在每日8時定時觀測1次或8時、20時定時觀測2次；水位變化較大時，可在每日2時、8時、14時和20時觀測4次；洪水期水位變化急劇時，則應根據需要增加測次，使能測得洪水峰、谷水位和洪水過程。觀測時應注意視線水平，注意波浪及壅水的影響，讀數應準確無誤，精確至0.5cm。

(2)自記水位計觀測。自記水位計是自動記錄水位變化過程的儀器，具有記錄完整、連續、節省人力的優點，目前國內外發展了多種感應水位的方法，其中多數可與自記和遠傳設備聯用，這些方法包括測定水面的方法、測定水壓力的方法、由超音波傳播時間推算水位的方法等。目前較常用的自記水位計類型有浮筒式自記水位計、水壓式自記水位計、超音波水位計等。

流量的測算

流量是單位時間內流過河渠或管道某一橫斷面的水體體積，以m/s計。流量是反映河流水資源和水量變化的基本資料，在水利水電工程規劃設計和管理運用中都具有重要意義。下面介紹流速面積法進行流量測驗的方法。

通過實測斷面上的流速和過水斷面面積來推求流量的方法稱為流速面積法。其測定流量的原理為：由水力學可知，流量等於斷面平均流速與水流斷面面積的乘積。天然河流因受邊界條件影響，斷面內的流速分布很不均勻，流速隨橫向及垂直方向位置的不同而變化，因此用垂線將水流斷面分成若干部分，然後測定部分流速和部分面積，兩者的乘積即為通過該部分面積上的流量；，最後求得全斷面的流量。

水文自動測報系統

水文自動測報系統是為收集、傳遞和處理水文實時數據而設定的各種感測器、通信設備和接受處理裝置的總稱。通常由遙測站、信道和接收處理中心三部分組成。在自動測報技術投入套用以前，水文資料的收集全靠少量人工觀察，水文站和雨量站通過電報或有線電話進行信息的傳送。這不僅由於人力及自然環境的限制，觀測站點稀，信息量少，而且由於當時通信手段落後，信息傳輸時效性差，不能滿足防洪調度和水資源管理等套用的要求。

美國和日本是世界上較早重視自動測報技術開發和套用的國家。隨著工業化進程的加快，20世紀60年代，日本和美國就已經開始水文自動測報技術的研究和開發，其產品於70年代後期逐漸成熟並進入國際市場。1976年美國SM公司在美國陸軍工程團的資助下，與美國天氣局合作研製的一套水文自動測報設備是這個時期有代表性的產品。

20世紀80年代以來，由於自動測報設備的不斷完善，數據傳輸方式的多元化及其可靠性的增加，以及微機技術、預報調度理論和軟體的進一步發展，水文自動測報和防洪調度自動化技術在全世界範圍內得到廣泛的套用。

我國水文自動測報技術的開發研製始於20世紀70年代中期。在過去30年的發展歷程中，我國水文自動測報系統的建設和技術有了巨大的進步。在不同的歷史時期，所建系統快速採集的數據為防汛調度決策和水資源管理提供了依據和參考，發揮了很好的作用。

20世紀90年代中期，水利部開始規劃建設國家防汛指揮系統工程，先後組織編制了《全國防汛信息系統規劃要點》(1992年)、《全國防汛水情信息系統建設規劃》(1993年)、《全國防汛計算機廣域網建設規劃》(1993年)、《全國中央報汛站水文測驗設施建設規劃》(1994年)、《全國防汛抗旱調度指揮系統建設規劃》(1995年)、《國家防汛指揮系統工程項目建議書》(1995年)、《國家防汛指揮系統工程總體設計》(1998年)和《國家防汛指揮系統工程可行研究報告》(1998年)。2003年5月，國家發改委正式批准在國家防汛指揮系統工程水情分中心建設中全面總結我國水文自動測報系統建設的經驗、教訓，認真分析測報技術發展的趨勢的基礎上，套用先進的電子感測、通信、計算機、網路等技術進行水文信息的自動採集、傳輸、處理和套用。為適應信息技術高速發展的新形勢、新要求，在總結示範區的建設和運行經驗及國內外近幾年水文自動測報系統的新技術、新經驗的基礎上，對1994年版規範進行修訂，形成了2003年新規範，並頒布實施。2003年版規範在各方面內容都作出了重大調整和補充。