上蘭村水文實習報告

一、實習時間：2011年10月11日

二、實習地點：山西蘭村水文站，汾河二庫 天氣：陰轉雨

三、實習目的：

1、了解和掌握水文觀測的常用方法和手段，在條件允許的情況下實地觀察和動手操作；

2、根據所學專業知識，分析當地的徑流常設計的優缺點，了解水土保持的基本工作內容及其發展前景；

3、試驗分析不同植物的截留，和土壤下滲情況。

四、蘭村水文站簡介：

經工作人員介紹，我們得知，蘭村水文站處汾河中上游，位于太原市西北22.5公里的上蘭村，地理坐標為東經112°26′，北緯38°00′.該站設立于1943年5月，1945年9月停測，1956年4月重建，是我省設立較早水文站之一。50年來每年向國家提供上萬組水文水資源數據，為我省的國民經濟建設特別是太原市防汛抗旱做出了積極的貢獻。

此站是我國重要的水文站，常年承擔雨、水測報任務。常規檢測項目有水位、流量、含沙量、泥沙顆粒分析、蒸發、降水量、水溫、氣溫、冰清、地下水等。斷面上游13公里處建有大型水利工程樞紐——汾河二庫，還有著名蘭村泉出露，天然條件下，多年平均流量4.2㎥/s,目前泉水已接近枯竭。

本站多年平均降水量491.4mm,最大767.6mm。本站控流面積7705平方公里，流域平均寬度36.1公里，實測期內多年平均流量14.3㎥/s，瞬時最大流量1950㎥/s，歷史調查洪水洪峰流量4500㎥/s。

五、測量儀器學習

1.E601型蒸發器：深60cm，上圓柱下圓錐的結構，底面積3000cm2，配有專用測針（游標卡尺原理）精確到0.1mm，當針尖接觸到水面便發出報警聲，記錄讀數。每天早上8點觀測一次，通過計算兩天的讀數差計算蒸發量，以應用于水量平衡計算。周圍幾個槽起保護作用，溢出的水通過溢流孔進入溢流桶。主要作用是通過多年的資料得出大致趨勢。2. 20cm口徑蒸發器：通過稱重得出相關數據。蒸發量較大，誤差也大，直接放在臺秤上稱得蒸發量，用于地面觀測，安裝在距地面70cm的高度上。

3.虹吸式雨量計DSJ2：自動記錄液態降水物的數量、強度變化和起止時間的儀器。由承雨器、虹吸、自記和外殼四個部分組成。在承雨器下有一浮子室，室內裝一浮子與上面的自記筆尖相聯。雨水流入筒內，浮子隨之上升，同時帶動浮子桿上的自記筆上抬，在轉動鐘筒的自記紙上繪出一條隨時間變化的降水量上升曲線。當浮子室內的水位達到虹吸管的頂部時，虹吸管便將浮子室內的雨水在短時間內迅速排出而完成一次虹吸。虹吸一次，雨量為10毫米。如果降水現象繼續，則又重復上述過程。最后可以看出一次降水過程的強度變化、起止時間，并算出降水量。每日早八點換紙，紙張橫坐標為時間，縱坐標為雨量。

4. 流量流速測量

①浮標法：考慮風速，不同站不同系數，本站為0.85。上中下三個斷面平行，標志針對應對對面的標志牌，當水流較大時用浮標測流速，把高粱桿捆-綁成十字架作為浮標，用浮標投放器投放，將水面寬度平均分開，岸邊和河中心分別多次投放測算，一般在白天使用，夜晚使用時要綁上火把。

測量方法：在上斷面通過浮標投放器投放浮標，此時工作人員發出信號，中斷面開始計時，記錄浮標通過中斷面的位置和到達下斷面所用的時間，浮標流速就是上下斷面的距離與所用的時間之比，從而計算出流速，再利用面積乘以流速得到流量。此河流上、下斷面150米，中斷面75米，河寬140米。另外，工作人員利用瞄準儀觀測浮標。A為河流上斷面、B為中斷面、C為下斷面。AC之間距離150m，B是中點。②螺槳式流速儀：測流速時，由水力推動旋槳式轉子流速儀旋轉，內置信號裝置產生轉數信號n=總轉速／總歷時。蜂鳴器20圈蜂鳴一次，用秒表計時。放在順水流，離水面0.6m處。

5.框式溫度計：

精確到0.1℃或0.2℃。早8︰00測量。在中斷面和基本水尺斷面測量。水深>1m時在1m處測量，水深<1m時在半深處，不少于0.5m，不接觸河底。把觀讀的水溫及時記錄在專用表格內。

日平均水溫的統計：一點法采用兩次測溫的平均值法測該日的日平均水溫值。采用兩點法或多點發測溫記錄資料，利用算術平均法統計出該次的河水溫度，然后兩次河水溫度的平均值為該日的日平均水溫度值。

月、年的河水平均溫度。月內日平均水溫的平均值，為該月的月平均水溫、一年內平均水溫的平均值，為該年的年平均水溫。 同樣的辦法，可以統計出如下特征值：多年平均水溫和正常年平均水溫；歷年最高、最低河流水溫。

6.測泥沙含量——比重瓶

測量時，須將河水充分攪勻后灌入瓶中。通過稱重，得出水中泥沙與水的重量之比可算出河水的含沙量。六、實習內容：

（一）水文觀測的常用方法

水文觀測是《水文水利計算》教學當中的重要講授內容，通過實習、在課堂所學和自己查閱書籍和資料，對水文觀測的手段和方法都有了很多的掌握。水文觀測的對象包括很多方面，下面分別簡述。

1、降水量：

降水量的觀測最常用的方法為利用雨量器進行測定。雨量器有自記式的和非自記式的。自記式雨量器有三種主要類型：沉重式、浮筒及虹吸式、翻斗式。自記雨量器能夠自動記錄累計降雨量，一般還配有遙測設備，以便實時傳送數據。雨量器由于風的影響而具有誤差，特別是山嶺和森林中。雪的觀測誤差更大。

對大面積區域進行降雨觀測需要根據區域的形狀、地形、面積布設較多的點，以取得一個流域的平均降雨資料。最簡單的計算一個流域的降水量的方法是算術平均法，適用于雨量器分布均勻密集的情況。另外還有泰森多邊形法、網格法。

對于林內降雨常用受雨器法，制作一個面積較大的受雨器，布設在標準地內，最后根據公式即可計算得出。

傳感器測雨：雷達覆蓋面廣，并具有高度的時空分辨能力，能提供時段小至5分鐘和空間小至1km2的雨量估測值。利用紅外成象，衛星可以測定地球上廣大面積的降雨量。這些方法在國外運用的較多。

2、樹冠截留

截留包括很多過程，主要是樹干流和樹冠截留。一般不直接測定，而是通過林冠水量的平衡方程計算：

P=P林內＋I＋P干

式中：P——降雨量（mm） P林內——林內降雨量（mm） I——林冠截留量（mm） P干——樹干流（mm）

降雨量和林內降雨的測量方法已經做了敘述，現在介紹樹干流的測定方法：

樹干流指沿著枝條和分枝流動并最后順著主干到達地面的那部分水。其測定通常為在樹干基部用不透水的柔軟材料做成槽狀，承接樹干莖流的水，導入到測量裝置中，即可得出一棵樹的樹干凈莖流流量，再根據其樹冠投影面積，即可換算得出樹干流P干。

最后：I = P－ P林內－P干

3、蒸發：

蒸發是水轉化為水蒸氣的過程，一般是作為液態水損失來測定。為了估算可能的蒸發量大小，和作為實際中水面和植物的蒸散的系數調整，現在普遍使用蒸發器，其規格也有多種，林大氣象站中的為圓形，直徑1.21m，0.255m深，水平設置。

土壤含水量及其蒸發：測量單點的土壤含水量可以用中子儀探測法、電容探測法，或測定反射時間長短的反射儀等間接測定，也可以取土樣，稱重法直接測出。根據土壤含水量的變化過程可以估算土壤蒸發量。土壤蒸發器是一種用來觀測土壤蒸發的設備，直徑0.5到2.0m，填有土壤，種有植被，與周圍隔離起來，使下滲量為零，這樣，測得的重量差即為土壤含水量的變化。土壤蒸發器要求土壤和植被的樣本要保持不變，即與周圍環境中的一樣。

植物蒸散：在植物樹冠高大、太陽輻射較少的地方，蒸騰是蒸法的主要組成部分。對蒸騰作用的直接觀測，一種方法是切斷植物的一端沉浸在水容器內，觀察水的上升量。另一種方法是示蹤法，指用能量脈沖確定作物莖干水分輸送的速度，或者用氘作為失蹤原子進行稀釋觀測。

4、枯枝落葉攔蓄：

測定枯枝落葉的攔蓄量，可以選取典型的地面，在不破壞原結構條件下搜集單位面積上的枯落物，清楚土壤顆粒后，把它完整地放入一個鐵絲網底的圓筒內，下面有收集滲水的集水器，在接受降雨后，水從鐵絲網漏下。再與同口徑的雨量計接受的雨量相比較，即為枯枝落葉的攔蓄量。

5、入滲：

入滲是水分循環的一個重要過程，測定比較復雜，通常是在一個指定地方對有限面積上灌水，利用入滲儀測定土壤吸收水分的速率。入滲儀有多種類型，如環狀或筒狀入滲儀，噴水入滲儀，張力入滲儀，分別針對不同的研究對象和系統。噴水式入滲儀是用來模擬天然降水的性質，例如雨滴大小分布，雨滴沖擊速度，產生連續均勻的雨滴，以及再現暴雨強度分布和歷時。

6、河川徑流：

河川徑流是沿某一給定的天然河槽的流量，也是水循環的組成部分，包括基流（地下水出流）、壤中流、飽和層坡面流。河川徑流的觀測一般包括：①取得高于某一基準面的連續的水位資料；②建立水位和流量關系曲線；③把水位資料轉化為流量資料。

觀測流量的站稱為測流站，測流站用自記水位記每隔15分鐘測水位一次，測站零點應至少和相距一定距離的三個永久水準基點相互參證。

測流斷面的選擇原則是，在大洪水發生時也也能進入現場，水流始終被控制在河槽里，水力條件不受影響。人工測流要求選河段的順直段，同時流速在可以精確測到的范圍之內。測流處不一定和自記水位計在同一地點，但應盡可能靠近，使測得的流量能代表水位計的數值。

浮標法測流

水位觀測：傳統的自記水位是在靜水井中放一個浮筒，與自記記錄儀相連，資料可以從數字圖表上獨得，或由機器在穿孔紙上得到。浮筒式自記水位適用于狹窄而下切的沙礫質河槽，這樣靜水井可以靠近河流。對于寬闊的沙質河槽，靜水井必須置于距主流一定距離的岸灘。

流量測驗：測站的流量是通過對水位計附近斷面的流速和水深測量算出來的。流速是用流速儀對橫斷面的各條垂線進行觀測而得，垂線之間的距離應以每條垂線所代表的流量不超過斷面總流量的10％為準，流速儀掛在用絞車控制的纜索上，在淺水中它也可裝在觀測桿上由觀測員用手操作，每條垂線的深度用纜索或測量深桿測量，其他流速觀測方法可用浮標、裝備流速儀、測速桿或超聲波裝置，垂線在河底為零及至水邊或接近水面達到最大，平均流速一般在距水面0.6m水深處。通常在水深小于0.76m時以0.6m水深處代表平均流速，當水深大于0.76m時取0.2m和0.8m水深處流速的均值。在洪水時期水深觀測困難時，可僅測接近水面的流速，水深可在洪水過后補測，用標準流速曲線上讀得系數以估算垂線平均流速。

7、含沙量：

含沙量是反映水流挾帶泥沙的數量，在泥沙運動中是一個重要的額參數。常用的含沙量有三種表達方法：①體積表示法：Sv為泥沙的體積（Vs）與泥沙和水總體積（V）之比＝Vs/ V .②質量表達法：泥沙干重與沙和水的總重量之比，Sw=Ws/W.③質量和體積混合表達法:泥沙干重與沙和水的總體積之比。泥沙的常用表達方式是每立方米多少公斤，如我國的黃河，是世界上含沙量最大的河流，其年平均含沙量為http://m.okwtrl.com。

為了對河流的泥沙含量進行觀測，常選擇較長的穩定均勻的河段，在掌握泥沙的特性之后，使用相關儀器，采集測量河流中的泥沙含量。對于不同運動形式的泥沙，有不同種類的泥沙采集器，如懸移質采樣器、推移質采樣器、床沙質采樣器。

輸沙率：Qs=Q*Cs*k

式中：Qs——輸沙率；Q——流量；Cs——懸移質泥沙的含沙量。

泥沙輸移：在天然河道中，含沙量隨季節、泥沙來源以及漲水或退水過程而變化，含沙量一般隨著流量的增大而增大。給定點的輸沙率是含沙量與點流速的乘積。由于水流流速在水面處為最大，而含沙量則在臨近河床處為最大，所以輸沙率的計算必須在全斷面內積分，以獲得經過該斷面的輸沙率Qs。

通過水流斷面的日輸沙率計算：Qs=0.0864QCs

式中：Qs——日平均輸沙率； Cs——泥沙通量平均含沙量；Q——日平均流量。

平均含沙量Cs與流量Q的函數關系得泥沙率定曲線，兩者關系常呈指數關系：Cs＝aQb式中a與b為系數，由回歸分析求得。

年內流域產沙量可從流量歷時－泥沙率定曲線求得。

流域內面蝕與河床侵蝕的總量稱之為總侵蝕量。然而并不是流域內所有的被沖刷起來的顆粒均能達到流域出口，有更大量泥沙則被攔截在湖泊與水庫之中。輸送至流域出口的泥沙總量稱之為產沙量。泥沙輸移比表示當地被沖刷物質到達下游某一地點的百分比，即產沙量與流域內的總沖刷量之比。

（二）徑流場調查

為了觀測土地利用對水量和水質的影響，水文當中常通過修建徑流小區（徑流場）測定不同類型的土地利用的徑流量、泥沙含量等資料。標準的徑流小區規格為 22×5m，坡度9゜。實際當中也可以根據研究地區的的坡度、坡長、土壤等情況作適當調整。在布設徑流小區時注意應盡量使長邊垂至于等高線，短邊平行于等高線。

徑流場由保護帶、護耿承水槽、導水管、觀測室等幾部分組成。水保站里的徑流小區相對集中，設置了很多對照組。參觀時發現，對照組設置合理，一組的試驗區數目有為2區，有的為4區，每一組較為集中，方便對照觀測，但是我們也發現其中有不合理的地方，如區與區之間缺少保護帶，這樣的話對于有林地和無林地的對照就會帶來較大誤差，特別是有林地如果植物長得比較高大，就會影響到周圍的無林地。

主要同坡度坡向的徑流小區對照：自然狀態下的裸地、有工程措施（水平條）的裸地、有農作物（玉米）的土地、有小喬木（刺柏）的土地、有工程措施（魚鱗坑）和小喬木（刺柏）的土地。

另外還有不同坡度的徑流小區的對照、不同坡向徑流小區的對照。

九孔分水箱為體積法測徑流量的裝置，在徑流場產生的徑流量較大時，可以通過分流，只取小部分通過量水設施。為了使分流具有很高的準確性，安裝設施時須注意分水箱必須水平，以確保每個孔流出的水量一致。

分水箱上方還安裝了超聲波測距儀，解決了體積法只能測到一定時間內徑流總量而不能反映過程的難題。超聲波儀工作所需要的電能來自于太陽能電板，把新型能源用到了科學試驗上。

通過對不同小區的流量的分析，就可以得出不同狀態的土地產生的徑流多少，從而得出不同土地利用類型對水分下滲的影響，為水土保持提供理論依據。

徑流小區流出的水中含有一定的泥沙，通過對泥沙的觀測可以得出不同土地利用類型的侵蝕量大小，為水土保持方案的制定提供理論支持。泥沙觀測的方法常在通往分水箱的管道中插入一個采樣器（6712型），采樣器可以自動記錄每次取樣的泥沙含量，操作較為簡單。但是在觀察時我們也發現了不好的方面，那就是采樣器上已經積累了很厚的泥土，看來是長期無人清理了，這樣容易是采樣器受堵，無法取得水樣，或者泥沙含量不準確。

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