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Guide to Hydrological Practices: Data Acquisition and Processing, Analysis, Forecasting and other Applications WMO-No.168 Fifth Edition 1994
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Guide to Hydrological Practices: Data Acquisition and Processing, Analysis, Forecasting and other Applications WMO-No.168 Fifth Edition 1994
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1. Welcome
2. W o r l d M e t e o r o l o g i c a l O r g a n i z a t i o
n WMO-No. 168 GUIDE TO HYDROLOGICAL PRACTICES Fifth edition 1994
DATA ACQUISITION AND PROCESSING, ANALYSIS, FORECASTING AND OTHER
APPLICATIONS
3. Page CONTENTS Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . xxix PART A GENERAL CHAPTER 1
INTRODUCTION TO THE GUIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 1 1.1 Scope of the Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2
Plan and content of the Guide . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3 Cross-reference
between the Guide and the HOMS Reference Manual . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 3 CHAPTER 2 WATER-RELATED
ACTIVITIES OF WMO . . . . . . . . . . . . 5 2.1 General overview .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1 Purpose and scope of
water-related activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 6 2.1.2 Programme organization . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.1.3
Programme implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.1.4 Human-resources
development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 11 2.1.5 Technical cooperation . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 11 2.2 International databases . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.1 Hydrological Information Referral Service (INFOHYDRO) . . . .
. . . . 11 2.2.2 Global Runoff Data Centre (GRDC) . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.3 World
Climate Data Information Referral Service (INFOCLIMA) . . 13 2.3
The Hydrological Operational Multipurpose System (HOMS). . . . . .
. 14 2.3.1 Structure of HOMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3.2
Organization and operation of HOMS . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 15 2.4 Training in hydrology . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 19 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 22 CHAPTER 3 HYDROLOGICAL SERVICES . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.1 Functions
of Hydrological Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 23 3.1.1 Uses of hydrological information .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23 3.1.2 Functions and responsibilities of a Hydrological Service .
. . . . . . . . . . . 24 3.1.3 Types of data required . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 25 3.1.4 Real-time forecasting of extremes . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.2
Organization of Hydrological and Meteorological Services . . . . .
. . . . 29 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 30
4. iv CONTENTS CHAPTER 4 HYDROLOGICAL STANDARDS AND Page
REGULATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 33 4.1 Units and symbols . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 33 4.2 Recommended practices and procedures . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3 Accuracy of
hydrological measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 48 4.3.1 Basic principles . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 48 4.3.2 Definitions of terms related to accuracy . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.3.3 Types of
error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.3.4 Sources of
errors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.3.5 Secondary errors
of measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 53 4.3.6 Characterization of instruments and
methods of observation . . . . . . . . 54 4.3.7 Recommended
accuracy of hydrological measurements . . . . . . . . . . . . . 55
4.4 Hydrological codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 4.4.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4.2 Code forms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.4.3 Hydrological observing station identification . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 57 4.4.4 BUFR and GRIB codes . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 57 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 58 CHAPTER 5 INTERNATIONAL
ORGANIZATIONS INVOLVED WITH HYDROLOGY AND WATER RESOURCES . . . .
59 5.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59 5.2 Intergovernmental organizations (IGOs) . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.3 Nature and
interrelationship of the activities of the UN organizations in
water-resources development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 59 5.4 Arrangements for
inter-organizational cooperation at the global, regional, and
sectoral levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 72 5.5 Non-governmental organizations
(NGOs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.6
Institutionalized cooperation in international river and lake
basins . . . 82 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 82 PART B HYDROLOGICAL INSTRUMENTS AND
METHODS OF OBSERVATION AND ESTIMATION CHAPTER 6 OVERVIEW OF
HYDROLOGICAL INSTRUMENTS AND METHODS OF OBSERVATION . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 83 6.1 The hydrological cycle as the subject
of observation . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.2 Emerging
technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 6.2.1 Remote sensing . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 86 6.2.2 Micro-electronics . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 86 6.2.3 Microprocessors . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 87 6.2.4 Multi-parameter data loggers . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 90
5. CONTENTS v Page CHAPTER 7 PRECIPITATION MEASUREMENT . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 91 7.1 General requirements . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 91 7.2 Gauge location . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 91 7.3 Non-recording gauges . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.3.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
94 7.3.2 Standard gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.3.3 Storage gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.3.4 Methods of measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 7.3.5 Errors and
accuracy of readings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 96 7.3.6 Correction of systematic errors
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 96 7.4 Recording gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.4.1 Weighing type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 7.4.2
Float type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.4.3 Tipping-bucket type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 7.4.4
Rainfall-intensity recorder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 7.4.5 Methods of
recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 104 7.5 Snowfall . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 104 7.5.1 Depth of snowfall . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 104 7.5.2 Water equivalent of snowfall .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 105 7.6 Observation of rainfall by radar . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 7.6.1
Uses of radar in hydrology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 7.6.2 The
radar-rainfall equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.6.3 Factors affecting
measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 107 7.6.3.1 Precipitation type . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 107 7.6.3.2 Beam width . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 107 7.6.3.3 Refraction of beam . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 107 7.6.3.4 Atmospheric attenuation . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.6.3.5 Range attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 7.6.4
Methods and procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 7.6.4.1 Photographic
methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 109 7.6.4.2 Manual techniques . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 109 7.6.4.3 Automatic techniques . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 110 7.6.5 Doppler radar . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 110 7.7 Observations by satellite . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 7.8
Dew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
7.9 Sampling for precipitation quality . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.9.1 Sample collectors
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 113 7.9.1.1 Rain collectors . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 113 7.9.1.2 Snow collectors . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 114 7.9.1.3 Dry deposition collection . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 114 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 114
6. vi CONTENTS Page CHAPTER 8 SNOW COVER . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117 8.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
117 8.2 Snow courses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8.2.1 Points of measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 8.2.2
Snow-sampling equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 8.2.3 Snow-sampling
procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 121 8.2.4 Accuracy of measurements . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 121 8.3 Depth and extent of snow cover . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 8.3.1
Measurement with graduated snow stakes . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 122 8.3.2 Measurement with snow tubes . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 122 8.3.3 Measurement by photogrammetric methods . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 122 8.4 Radioisotope snow gauges .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 123 8.4.1 Vertical radioisotope snow gauges . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 8.4.2
Horizontal radioisotope snow gauges . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 124 8.5 Snow pillows . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 125 8.6 Natural gamma radiation surveys . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
125 8.6.1 Aerial gamma surveys of snow cover . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 8.6.2 Ground surveys .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 126 8.7 Measurement of water
equivalent by cosmic radiation . . . . . . . . . . . . . . 127
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 127 CHAPTER 9 EVAPORATION AND EVAPOTRANSPIRATION . . .
. . 129 9.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 129 9.2 Pan evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
9.3 Soil evaporimeters and lysimeters . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 9.4 Snow evaporation . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 132 9.5 Indirect methods . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 132 9.5.1 General . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 132 9.5.2 Solar radiation . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 132 9.5.3 Long-wave radiation . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 133 9.5.4 Air temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
133 9.5.5 Water-surface temperature . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 9.5.6
Humidity or vapour pressure of the air . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 134 9.5.7 Wind . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 9.5.8 Integrating devices .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 135 References . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 CHAPTER 10 WATER
LEVELS OF RIVERS, LAKES, AND RESERVOIRS . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 10.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
10.2 Gauges for measurement of stage . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 10.2.1 Non-recording
gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 137
7. CONTENTS vii Page 10.2.2 Recording gauges . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 137 10.3 Procedures for measurement of stage . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 10.3.1
Establishment of gauge datum . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 10.3.2 Recording gauges .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 138 10.3.3 Winter operation of
recording gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 139 10.4 Frequency of stage measurement . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 140 CHAPTER 11 DISCHARGE MEASUREMENTS . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 141 11.1 General . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 141 11.2 Measurement of discharge by
current meters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
11.2.1 Selection of sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
11.2.2 Measurement of cross-sections . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 11.2.3 Measurement
of velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 144 11.2.3.1 Meters for measurement
of velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 144 11.2.3.2 Measurement of velocity using the current
meter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 11.2.3.3
Determination of mean velocity in a vertical . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 144 11.2.4 Computations of discharge . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 146 11.2.5 Measurement of discharge under ice cover . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11.2.5.1
Selection of site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 11.2.5.2
Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
11.2.5.3 Discharge measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 11.2.5.4
Computation of discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 11.2.6 Accuracy . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 11.3 Measurement of
discharge by the float method . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 150 11.3.1 Selection of sections . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
150 11.3.2 Floats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 150 11.3.3 Measuring procedure . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
11.3.4 Computation of velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 11.3.5
Computation of discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 11.4 Measurement of
discharge by dilution methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 151 11.4.1 General requirements . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
11.4.2 Selection of site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
11.4.3 Tracers and detection equipment . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 11.4.4 Computation of
discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 153 11.5 Measurement of corresponding
stage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
153 11.6 Computations of discharge by indirect methods . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 154 11.6.1 General . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 154 11.6.2 Field survey . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 154 11.6.3 Slope-area
measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 155 11.6.4 Measurement of flow
through culverts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 155 11.6.5 Measurement of flow through width contractions
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
8. viii CONTENTS Page 11.6.6 Measurement of flow over dams and
highway embankments . . . . . . . . 155 11.7 Measurement of
discharge under difficult conditions . . . . . . . . . . . . . . .
. 156 11.7.1 Unstable channels . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
11.7.2 Mountain streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 11.7.3
Measurement of unsteady flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 11.7.3.1 Measurement of
discharge during floods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 157 11.7.3.2 Measurement of discharge in tidal reaches
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 11.7.4 Weed
growth in stream channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 161 11.8 Non-traditional methods of
stream gauging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
161 11.8.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 161 11.8.2 Moving boat method . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
11.8.3 Ultrasonic ( acoustic ) method . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 11.8.4
Electromagnetic method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 References . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
CHAPTER 12 STREAM GAUGING STATIONS . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 167 12.1 Purpose of stream gauging stations . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 12.2
Selection of sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 12.3
Stage-discharge controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 12.4 Measuring
structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 12.4.1 Scope . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 12.4.2 Selection of
structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 12.4.3 Measurement of head
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 170 12.4.4 Operation of measuring
structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 170 12.5 Stage-discharge relationships . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
12.5.1 Stability of stage-discharge relationships . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 12.5.2 Frequency of
discharge measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 172 References . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 173 CHAPTER 13 SEDIMENT DISCHARGE .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
13.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
175 13.2 Selection of site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
13.3 Measurement of suspended-sediment discharge . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 175 13.3.1 Sampling instruments and in situ
gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
13.3.2 Measurement procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 13.3.3
Determination of sediment concentration . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 177 13.3.4 Computation of
suspended-sediment discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 177 13.3.5 Continuous record of suspended-sediment discharge .
. . . . . . . . . . . . . . . 178 13.4 Measurement of bed-material
discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
178 13.4.1 Instrumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
13.4.2 Measurement procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 13.4.3
Computation of bed-material discharge . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 180
9. CONTENTS ix Page 13.4.4 Continuous record of bed-material
discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 181 CHAPTER 14 ICE ON RIVERS, LAKES AND RESERVOIRS . .
. . . . . . 183 14.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 183 14.2 Elements of ice regime . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
183 14.3 Methods of observation . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 14.4 Times
and frequency of observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 184 14.5 Accuracy . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 184 Reference . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 CHAPTER 15
SOIL-MOISTURE MEASUREMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
15.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
185 15.2 Gravimetric method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 15.2.1
Sample collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 15.2.2
Description of samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 15.2.2.1 Auger
samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 15.2.2.2 Tube or
core-barrel samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 187 15.2.3 Laboratory procedure . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 188 15.3 Electrical-resistance method . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 188 15.4 Neutron method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
15.4.1 Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
15.4.2 Access tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
15.4.3 Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
189 15.4.4 Measurements and accuracy . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 15.5
Gamma-ray attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 15.6 Dielectric
methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 15.6.1 Time domain
reflectometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 191 15.6.2 Capacitance method . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 192 15.7 Remote sensing . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 192 15.8 Tensiometric method . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 195 CHAPTER 16 GROUNDWATER . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 16.1 General
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 16.2
Installation of observation wells . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 16.3 Testing of
observation wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 205 16.4 Sealing and filling of
abandoned wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 205 16.5 Instruments and methods of observation . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 16.5.1
Manually-operated instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 16.5.2 Automatic recording
instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 208 16.5.3 Water samplers for unpumped wells . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
10. x CONTENTS Page 16.5.4 Salinity and temperature loggers . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
212 16.6 Groundwater quality monitoring . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 References . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
CHAPTER 17 WATER QUALITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 215 17.1 General . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 17.2 Sampling methods . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 215 17.2.1 Types of water samples . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 215 17.2.1.1 Grab samples . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 215 17.2.1.2 Composite samples . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
215 17.2.2 Collecting a representative water sample . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 17.2.3 Field sampling
equipment and techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 216 17.2.3.1 Grab samplers . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 216 17.2.3.2 Dissolved-oxygen sampler . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
17.2.3.3 Automatic samplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
17.2.3.4 Sampling procedures as influenced by station location and
season . . . 220 17.3 Preparation for field trips . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
221 17.3.1 General preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
17.3.2 Selection of sample volumes . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 17.3.3 Checklist
prior to field trip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 17.4 Field filtration and
preservation procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 222 17.4.1 Filtration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 222 17.4.2 Preservation techniques . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
223 17.4.2.1 Containers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 223 17.4.2.2 Chemical addition . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
224 17.4.2.3 Freezing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 224 17.4.2.4 Refrigeration . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 224 17.4.2.5 Practical aspects of preservation . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 17.5
Field measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 17.5.1
Automatic monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 17.5.2
Field-measured parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 17.5.2.1 pH measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 225 17.5.2.2 Conductivity
measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 226 17.5.2.3 Dissolved-oxygen measurement
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 227 17.5.2.4 Temperature measurement . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
17.5.2.5 Turbidity measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 17.5.2.6
Colour measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 17.5.2.7
Transparency measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 17.5.2.8 General summary
of field procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 230 17.6 Radioactivity measurement . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
17.6.1 Sources of radioactivity in water . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 17.6.2 Collection
and preservation of samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 231
11. CONTENTS xi Page 17.7 Sampling for biological analysis . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
232 17.7.1 Microbiological analysis . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 17.7.2
Macrobiota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 17.8
Biochemical oxygen demand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 17.8.1 Methods of
measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 236 17.8.2 Accuracy . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 237 References . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 CHAPTER 18 SAFETY
CONSIDERATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
239 18.1 General practices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
18.2 Safety at recording stations . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 18.2.1 Access .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 18.2.2
Platforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
18.2.3 Wells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 239 18.3 Safety precautions when working from bridges . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 240 18.3.1 Traffic hazard . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 240 18.3.2 Hazards from suspended
equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 240 18.4 Safety precautions while wading . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 18.4.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
18.4.2 Assessing the situation . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 18.4.3
Wearing of lifejackets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 18.4.4 Safety
lines and taglines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 18.4.5 Wading technique
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 241 18.4.6 Mishap technique . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 241 18.4.7 Responsibility . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 242 18.5 Safety precautions while working from
boats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 18.5.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
18.5.2 Lifejackets and safety equipment . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 18.5.3 Use of
taglines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 18.5.4 Use of
dinghies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 18.6 Safety
precautions when working from cableways . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 243 18.7 Safety precautions when handling equipment . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 18.7.1 Surveying . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 18.7.2 Chainsaws . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 18.7.3 Electrical
equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 18.7.4 Power tools . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 18.7.5 Protective clothing
and safety equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 245 18.7.6 Radioactive equipment . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
18.7.7 Safety aspects of groundwater monitoring . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 245 18.8 Safety precautions when
handling chemicals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
245 18.9 Special precautions for cold conditions . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 18.9.1 Hypothermia
(exposure) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 246
12. xii CONTENTS Page 18.9.2 Frostbite . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 247 18.9.3 Working on ice-covered lakes
and streams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
18.9.4 Working in mountainous areas . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 18.9.5 Cold-water
survival . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 18.10 Special precautions
for hot conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 249 18.10.1 Heat stroke (hyperthermia) . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
249 18.10.2 Sunburn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 249 18.11 Travel and transport . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
18.11.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
249 18.11.2 Helicopters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
250 18.11.3 Motor vehicles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
250 18.12 Survival kits and rations . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 18.13
Other hazards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 251 PART C COLLECTION, PROCESSING AND DISSEMINATION OF
HYDROLOGICAL DATA CHAPTER 19 THE ROLE OF HYDROLOGICAL DATA IN AN
INFORMATION SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 253 19.1 Information systems . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
253 19.2 Computer technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 19.3
Staff and training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 257 CHAPTER 20 DESIGN AND EVALUATION OF HYDROLOGICAL
NETWORKS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 259 20.1 General concepts of
network design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 259 20.1.1 Definition of network design . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
20.1.2 Surrogate approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 20.1.3 The
basic network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 20.1.3.1 The
minimum network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 20.1.3.2 Expanding the
information base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 263 20.1.4 Integrated network design . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 264 20.1.4.1 Stations for operational purposes . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
20.1.4.2 Bench-mark stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
20.1.4.3 Representative basins . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
20.1.5 Conducting a network analysis . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 20.2 Density of
stations for a minimum network . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 268 20.2.1 Minimum densities for climatological
stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 20.2.1.1
Precipitation stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 20.2.1.2 Snow
surveys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
13. CONTENTS xiii Page 20.2.1.3 Evaporation stations . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 271 20.2.2 Minimum densities for hydrometric
stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
20.2.2.1 Streamflow stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
20.2.2.2 River stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
274 20.2.2.3 Lake and reservoir stages . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
20.2.2.4 Sediment discharge and sedimentation . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 20.2.2.5 Water quality
stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 274 20.2.2.6 Water temperature .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 275 20.2.2.7 Ice cover on rivers and
lakes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 276 20.3 Groundwater observations . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
276 20.4 Specific requirements for water quality . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 20.4.1 Water quality
parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 278 20.4.2 Surface-water quality . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 280 20.4.3 Precipitation quality . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 284 20.4.4 Sediment quality . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 285 20.4.5 Groundwater quality . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
287 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 287 CHAPTER 21 COLLECTION OF DATA . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 21.1 Site selection
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 21.2 Station
identification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289 21.2.1 Identification
of data-collection sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 289 21.2.2 Descriptive information . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 293 21.2.2.1 Station description . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 293 21.2.2.2 Detailed sketch of station location . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
21.2.2.3 Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 296 21.2.2.4 Coordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 297 21.2.2.5 Narrative description . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
297 21.3 Frequency and timing of station visits . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 21.3.1 Manual
stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 21.3.2 Recording
stations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 21.4 Maintenance of
collection sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 299 21.5 Observations . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 300 21.5.1 Manual stations . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 300 21.5.2 Recording stations . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 303 21.5.3 Real-time reporting . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
303 21.5.4 Additional instructions for observers . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 21.6 Transmission
systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 305 21.6.1 General . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 21.6.2 Transmission links .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 306 21.6.3 Factors affecting the choice
of transmission systems . . . . . . . . . . . . . . . . 306 21.7
Water quality monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
14. xiv CONTENTS Page 21.7.1 Station identification . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 307 21.7.2 Field sheets for water quality monitoring
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 21.7.3
Transportation of water quality samples . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 308 21.7.4 Field quality assurance in
water quality monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 21.8
Special data collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 21.8.1
Requirement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 21.8.2
Bucket surveys of storm rainfall . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 21.8.3 Weather-radar and
satellite data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 311 21.8.4 Extreme river stages and discharges
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 312 CHAPTER 22 DATA REVIEW AND CODING . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 315 22.1 Quality control and error
detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 315 22.1.1 Inspection of stations . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 315 22.1.2 Preliminary checking of data . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 22.1.3
Error detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317 22.1.4
Results of quality control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 22.2 Validation
procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 319 22.2.1 General procedures .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 319 22.2.2 Combined techniques . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 320 22.2.3 Specific validation procedures . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
22.2.3.1 Climatological data . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
22.2.3.2 Rainfall data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
325 22.2.3.3 Snow and ice data . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
22.2.3.4 Water level data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
22.2.3.5 River-gauging data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
22.2.3.6 Water quality data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
22.2.3.7 Sediment data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
22.2.4 Missing data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
22.3 Coding data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
22.3.1 Location codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
22.3.2 Variable (parameter) codes . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 22.3.3
Data-qualification codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333 22.3.4 Missing data
codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 22.3.5 Transmission codes .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 339 References . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339 CHAPTER 23 PRIMARY
DATA PROCESSING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
23.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
341 23.2 Data entry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
343 23.2.1 Key stroking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
343 23.2.2 Processing of charts . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
344
15. CONTENTS xv Page 23.2.3 Manual stations using telemetry . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
346 23.2.4 Automatic station data . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
23.2.4.1 Paper-tape and cassette recorders . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 23.2.4.2
Solid-state memories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 23.3 Processing
procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 23.3.1 General primary
processing procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 349 23.3.2 Specific primary processing procedures . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 23.3.2.1
Climatological data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 23.3.2.2
Evaporation and evapotranspiration observations . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 353 23.3.2.3 Precipitation data . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 354 23.3.2.4 Streamflow data . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 354 23.3.2.5 Water quality data . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 358 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 359 CHAPTER 24 DATA STORAGE AND RETRIEVAL . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 361 24.1 Archiving of original data
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 361 24.2 Management and storage of processed data .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 24.2.1 General
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 24.2.2
Controlling data flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 24.2.3 Updating
procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 24.2.4 Compression and
accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 365 24.2.5 Physical-file organization . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 366 24.2.6 Logical-file organization . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
367 24.2.7 Extraction of single variable data . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 24.2.8 On-line
versus off-line data storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 370 24.3 Data retrieval . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 372 References . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 CHAPTER 25 DATA
DISSEMINATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 377 25.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 377 25.2 Catalogues of information . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377
25.3 Summary reports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380 25.4
Publication of data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 25.4.1
Purpose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383
25.4.2 Frequency of publication . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 25.4.3
Contents and format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 25.5 Magnetic
media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 25.5.1 Tapes . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 25.5.2 Magnetic
discs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388 25.5.3 Optical
discs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 25.6 Real-time
data-exchange formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 389 References . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
16. xvi CONTENTS PART D HYDROLOGICAL ANALYSIS Page CHAPTER 26
INTRODUCTION TO HYDROLOGICAL ANALYSIS . . 391 26.1 Methods of
analysis in hydrology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 391 26.2 Scope of Part D . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 392 CHAPTER 27 FREQUENCY ANALYSIS . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393 27.1 The use of
frequency analysis in hydrology . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 393 27.2 Statistical series and return periods . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393
27.3 Mathematical approach to frequency analysis . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 394 27.3.1 Probability distributions
used in hydrology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
394 27.3.2 Parameter estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
27.3.3 Homogeneity of data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 397 CHAPTER 28 RAINFALL FREQUENCY AND INTENSITY . . . .
. 399 28.1 Rainfall frequencies . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
28.1.1 Point rainfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
28.1.1.1 Adjustment of data for fixed observational time intervals
. . . . . . . . . . . . 399 28.1.1.2 Indirect estimation of point
rainfall-frequency data . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
28.1.1.3 Maximum observed rainfalls . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402 28.1.2 Area
rainfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 28.1.3
Generalized maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405 28.1.4
Drought . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405
28.2 Rainfall intensities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406 28.2.1
Point rainfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 406
28.2.2 Area rainfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 408 CHAPTER 29 STORM-RAINFALL ANALYSIS . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 409 29.1 General . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 409 29.2 Mass curves . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 409 29.3 Depth-area duration analysis
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 410 29.4 Probable maximum precipitation (PMP) . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411 29.4.1 Methods of
estimating PMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 412 29.4.2 Preliminary estimates . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 413 29.4.3 Selection of design rainfall duration
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
29.4.4 Selection of sub-basins . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 29.4.5
Storm transposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413 29.4.6
Selection and analysis of major storms . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 414 29.4.7 Maximization of selected
storms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 415 29.4.8 Orientation of storm-rainfall patterns . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
17. CONTENTS xvii Page 29.4.9 Regional consistency of estimates
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
416 29.4.10 Estimating in the absence of data . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 References . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418
CHAPTER 30 INTERPRETATION OF PRECIPITATION DATA . . . . 421 30.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421
30.2 Adjustment of data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421 30.2.1
Standard base period of record . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422 30.2.2 Double-mass
curve analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 422 30.2.3 Estimation of missing data .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 424 30.3 Areal distribution . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 424 30.3.1 Illustration by isohyetal maps . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424 30.3.2
Evaluation of physiographic effects . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 425 30.4 Computation of areal
average precipitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 425 30.4.1 Arithmetic mean . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
425 30.4.2 Polygon method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426
30.4.3 Isohyetal method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
30.4.4 Per cent normal method . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 30.4.5
Hypsometric method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428 References . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429
CHAPTER 31 SNOW-MELT RUNOFF ANALYSIS . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 431 31.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 431 31.2 Theory of snow melt at a point . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 31.3
Estimates of catchment melt in the absence of rain . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 434 31.4 Estimates of catchment melt with rain
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
31.5 Estimating snow-melt inflow rates . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438 31.6 Evaporation from a
snow cover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 439 31.7 Probable maximum precipitation and snow
melt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441 31.7.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441
31.7.2 Probable maximum snow accumulation . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 441 31.7.3 Snow-melt estimation . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 442 31.8 Runoff from short-period snow melt . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
31.8.1 Plains regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
31.8.2 Mountainous terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 443 CHAPTER 32 EVALUATION OF STREAMFLOW DATA . . . . .
. . . . . . . 445 32.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 445 32.2 Adjustment of data . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 445 32.3 Areal distribution . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
446 32.3.1 Maps of average annual runoff . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
18. xviii CONTENTS Page 32.3.2 Average runoff from
precipitation and temperature data . . . . . . . . . . . . . 447
32.3.3 Correlation between stations . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 32.3.4 Effective
length of an extended record . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 451 References . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452 CHAPTER 33
RAINFALL-RUNOFF RELATIONSHIPS . . . . . . . . . . . . . . 453 33.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453
33.2 Runoff volumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 33.2.1
Antecedent-precipitation index . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 453 33.2.2 Initial base flow
as an index to runoff volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 456 33.2.3 Moisture-accounting techniques . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 456 33.3
Temporal distribution of runoff . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 458 33.3.1 Unit hydrograph .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 458 33.3.1.1 Derivation from
streamflow records . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 458 33.3.1.2 Derivation by synthetic methods . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
460 33.3.1.3 Conversion of unit-hydrograph durations . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462 33.3.2 Isochrone method
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 463 33.4 Distributed models . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 465 References . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465 CHAPTER 34 STREAMFLOW
ROUTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
467 34.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 467 34.2 Hydrodynamic methods . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 34.2.1
Complete method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 34.2.2
Diffusion and kinematic routing . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 34.3 Hydrological methods .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 470 34.4 Reservoir routing . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 472 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 473 CHAPTER 35 LOW-FLOW AND DROUGHT
ANALYSIS . . . . . . . . . . . . 475 35.1 General . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 475 35.2 Flow-duration curves . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 475 35.3 Low-flow frequencies . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 476 35.4 Statistical analysis of droughts . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 35.5
Recession-curve analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 References . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479
CHAPTER 36 FLOOD-FLOW FREQUENCY . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 481 36.1 Station analysis . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 481 36.1.1 Peak flow . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 481 36.1.2 Statistical analysis of flood hydrographs .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482 36.2
Regionalization of flood flows . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482
19. CONTENTS xix Page 36.2.1 The index-flood procedure . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 483 36.2.2 Regression-based procedures . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 485 CHAPTER 37 ESTIMATING LAKE AND RESERVOIR
EVAPORATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 489 37.1 General . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 489 37.2 Water-budget method . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 489 37.2.1 Inflow and outflow . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 489 37.2.2 Precipitation . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 490 37.2.3 Net seepage and bank storage . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490
37.2.4 Change in reservoir storage . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 37.3
Energy-budget method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 37.3.1 Reflected
long-wave radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 491 37.3.2 Radiation emitted by the
reservoir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 491 37.3.3 Change in energy storage . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
37.3.4 Energy utilized for evaporation . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 37.3.5 Energy
convected to or from the body of water as sensible heat . . . . . .
493 37.3.6 Energy advected by the evaporated water . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493 37.3.7 Energy exchange
between the water in the reservoir and its bottom . . 493 37.3.8
Evaporation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 37.4
Aerodynamic approaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495 37.4.1 Value of the
coefficient N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 496 37.4.2 Wind . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 497 37.4.3 Water-surface
temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 497 37.4.4 Humidity or vapour pressure of
the air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
497 37.4.5 Eddy-correlation method . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498 37.5
Combination of aerodynamic and energy-balance equations . . . . . .
. . 498 37.6 Extrapolation from pan measurements . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 References . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 504
CHAPTER 38 ESTIMATING BASIN EVAPOTRANSPIRATION . . . . 507 38.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507
38.2 Potential evapotranspiration . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 38.3 Actual
evapotranspiration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 38.4 Water-budget method .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 508 38.4.1 Precipitation . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 508 38.4.2 Streamflow . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 508 38.4.3 Change in storage . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 508 38.4.4 Deep seepage . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 509 38.5 Energy-budget method . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
38.6 Aerodynamic approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509
20. xx CONTENTS Page 38.7 Penman-Monteith method . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 509 38.8 Priestley-Taylor (radiation) method . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510 38.9
Complementary equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510 References . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511
CHAPTER 39 MODELLING OF HYDROLOGICAL SYSTEMS . . . . . 513 39.1
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513
39.2 Black-box models (system approach) . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 514 39.3 Conceptual models . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 515 39.3.1 Model of the Hydrometeorological
Centre of the former U.S.S.R. . . . 516 39.3.2 Sacramento model . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 517 39.3.3 Tank model . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 519 39.3.4 Selection of models . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 522 39.4 Hydrodynamic models . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
522 39.5 Parameter evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525 39.6
Stochastic simulation of hydrological time-series . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 526 39.6.1 Markovian lag-1 models . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 527 39.6.2 Autoregressive moving average (ARMA) models . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 527 39.6.3 Fractional gaussian noise
and broken-line process models . . . . . . . . . . . 528 39.7 Water
quality modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 39.7.1 General . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 39.7.2 Types of
models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 39.7.3 Models of the
pollutant transport in rivers . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 530 39.7.4 Applications and examples . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
531 39.8 Selection of models . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 532 CHAPTER 40 MEASUREMENT OF PHYSIOGRAPHIC
CHARACTERISTICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 537 40.1 General . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 537 40.2 Reference systems . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 537 40.3 Point measurements . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
538 40.4 Linear problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538
40.4.1 The stream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
40.4.2 The drainage network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539 40.4.3
Stream profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 540 40.4.4
The drainage network . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541 40.4.5
Cross-section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541 40.4.6
Physical characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 40.5 Area
measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 40.5.1 The basin . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 40.5.2 The grid . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548
21. CONTENTS xxi Page 40.6 Volumetric measurements . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 549 40.6.1 Bathymetric methods . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
40.6.2 Topographical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549 40.7
Geographical information systems . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 549 References . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550 PART E
HYDROLOGICAL FORECASTING CHAPTER 41 INTRODUCTION TO HYDROLOGICAL
FORECASTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 551 41.1 General . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 551 41.2 Characteristics of forecasts .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 551 41.3 Effectiveness of hydrological forecasts . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553 41.3.1
Accuracy and timeliness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554 41.3.2 Costs and
benefits of hydrological forecasts . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 554 41.4 The hydrological forecasting service . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
41.4.1 Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558
41.4.2 Activities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
559 41.5 Dis
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