水文與水資源學實習報告
水文與水資源學實習報告
一、實習時間：
20xx年10月19日～10月21日
二、實習地點：
xx市xx縣xx水保站、xx縣水文站
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、實習方法：
實地考察：觀察水保站和水文站的水文觀測設施，聽老師和技術人員講解其觀測對象和使用方法。實際測量：在水文站里用現有條件測量了河水的流速。查閱資料：查閱書籍，了解了更多的水文測量的方法。
五、實習內容：
�。ㄒ唬┧挠^測的常用方法
水文觀測是《水文與水資源學》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：雷達覆花面廣，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花做成槽狀，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，即與周圍花中的一樣。
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花內，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37.6kg/m3。
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、護埂、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。
老師讓我們親眼目睹了測坡面徑流量的九孔分水箱（右圖）。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。
截留量主要是枝葉吸附的水量，其值的大小取決于降水前枝葉表面的干濕狀況和質地，由實驗可知，降水前在同一小區域的各種植物的干濕狀況大體相同，因此木本植物中國槐、櫻桃、刺槐樹葉的質地能吸附更多的水分，草本植物中白菊、黃花蒿能吸附更多的水分。截留量高的植物，能將少于雨水對地表的沖刷，因此相對于截留量低的植物更具有水土保持作用。
3、土壤下滲速率的測定：
為了測定不同土壤類型的水分下滲速率，我們分別在農地、草地、林地中選取了若干個點，測量水分下滲1cm所需要的時間，實驗結果見小表：
對每一種土地類型的下滲時間數據取平均值：農地下滲1cm所需時間：42.5s
草地下滲1cm所需時間：120.9s
林地下滲1cm所需時間：244.7s
由計算結果可以明顯看出，下滲1cm，農地所需的時間最短，草地較長，林地最長。土壤對于下滲的影響，主要是土壤的透水性能和前期含水量，由于本地秋冬季節不同類型土壤中水分含量相差不大，因此，可以證明農田的透水性較好，林地最差。在水土保持中，若降水量較大，則農田可能產生的壤中流較大，土壤結構容易受到較大的破壞；而林地土壤保持得最好，草地次之。
六、實習體會：
本次實習共三天，野外部分兩天，在之前我們還前面進行了《土壤侵蝕原理》的實習，都在同一地點，但課程內容不一樣所以實習的內容也不一樣。第一天上午主要是對水保站里的各種水文觀測方法的熟悉，實地參觀了氣象站、徑流小區，看到了水保站里的很多設備及其使用，x老師給我們講到了每一種設備觀測的對象、方法，和它的有缺點，讓我們課堂上學到的知識有一個實踐的機會，有些有和書本上的不完全一樣，讓我們思考，通過這個過程，對水文觀測的方法有了更深的了解和記憶。第一天下午我們做了一些試驗，測量了不同植物的截流量、土壤的下滲速率等。
第二天我們參觀了水文站，秦站長為我們演示了流速儀法測流速。天氣已經比較冷了，樹葉落了滿地，站長衣服穿得比較薄，但一點不覺得冷樣的，滿臉發紅，兩只大手熟練得操作著儀器，精神讓我們感動。然后我們又自己用簡單的方法測量了流速。
第三天我們小組做了討論，整理了數據。這次實習的住宿條件不是很好，晚上不脫衣服睡在床上也覺得冷，但吃的很好，又便宜又吃得飽。周圍沒有好的景色，讓我們感到了水土保持就是這樣一個非�，F實的事業，在有限的條件里做著基本的科學工作，它的作用卻非常巨大。x老師對我們做了很多的指導，一直帶領著我們上坡下坎，對大家也非常好。水保，讓人走過了很多的山山水水，讓人的性格也跟自然一樣，心胸寬廣、腳踏實地。
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