PAGEPAGE10《水文與水資源學》實習指導

實習指導實習目的鞏固課堂教學內容，掌握水文觀測的基本方法。實習內容2.1降水量的測定林外降雨的測定方法、測定儀器用雨量計觀測，主要儀器有雨量筒、虹吸式雨量計、翻斗式雨量計。林內降雨的測定方法、測定儀器網格法受雨器法樹干流的測定用不透水的柔軟材料作成槽狀（承接槽），螺旋形地環(huán)繞在樹于基部，并用塑料管將樹干莖流導入測量裝置2.2坡面徑流量的測定（1）徑流場的選擇徑流場應選擇在地形、坡向、土壤、地質、植被、地下水和土地利用情況有代表性的地段上。坡面盡可能處于自然狀態(tài)，不能有土坑、道路、墳墓、土堆等影響徑流流動的障礙物。徑流場的坡面應均勻一致，不能有急轉的坡度，植被覆蓋和土壤特征應一致。植被和地表的枯枝落葉應保存完好，不應遭到破壞。徑流場應相對集中，交通便利，以利于進行水文氣象觀測，同時也利于進行人工降雨試驗。（2）徑流場的組成保護帶、護埂、承水槽、觀測室（3）徑流場的布設根據地形條件、實驗內容、人力狀況確定徑流場的數(shù)目，集中布設。以便于觀測和管理。同時，布設一組對照小區(qū)。（4）徑流量觀測方法流觀測方法可根據徑流場可能產生的最大、最小流量選定，一般常用的方法有體積法、量水計法、溢流堰法、混合法（5）徑流量的觀測儀器水尺、浮子式水位計、超聲波水位計、量水計、分水箱（6）泥沙取樣方法泥沙的取樣方法最為常用的是在觀測室蓄水池或流水中人工取樣，或利用泥沙自動取樣測定含沙量。取樣器可以采用瓶式或其他形式.用體積法觀測徑流時可在雨后一次取樣，取樣前先測定蓄水池中的泥水總體積，然后對泥水進行攪拌，分層取樣。（7）泥沙測定方法取樣后在室內過濾、烘干、稱重，計算泥沙含量。（8）徑流量及沖刷量的計算方法凈水率（kg/l）=（泥水量－干泥重）/泥水樣體積凈水量（kg、l）=凈水率×泥水總量徑流量(mm)=凈水量/徑流小區(qū)面積徑流系數(shù)（％）＝徑流量/降雨量×100凈泥率（kg/l）＝干泥重/泥水樣體積凈泥量＝凈泥率×泥水總量沖刷量（kg/ha）＝凈泥量×10000/徑流場面積（m2）2.3小流域徑流泥沙觀測研究流域的選擇根據研究目的，選擇自然條件和土地利用情況有代表性的流域，并選擇對比流域。研究流域必須是閉合流域。研究流域的部署在總體規(guī)劃部署時，應按大流域套小流域、綜合套單項、大區(qū)套小區(qū)的原則。在小流域的研究方法上，采用單獨流域法（流域自身對比法）或并行流域法（平行對比法）。量水斷面的選擇觀測斷面一般選擇在流域出口，以控制全流域的徑流和泥沙觀測斷面必須選擇在河道順直、溝床穩(wěn)定、沒有支流匯水影響的地方觀測斷面應選擇在交通方便、便于修建量水設施的地方量水堰的結構量水堰由觀測室、探井、堰體、引水墻、沉砂池、導水管、水尺水位測定在量水堰體上安裝的水尺上直接讀取水位。用安裝在探井上的水位計觀測水位。水位計的種類水位計有浮子式、超聲波式、壓力式。浮子式與超聲波式需要安裝在探井上，壓力式水位計直接投入水中觀測。平均水位的計算如果一日內水位變化不大，或雖有變化但觀測時距相等時，可以用算術平均法求得日平均水位。如果一日內水位變化較大，觀測時距又不相等，可用面積包圍法計算平均水位，即將一日0～24時的水位過程線所包圍的面積除以24小時。流量計算根據量水堰的流量公式，利用觀測到的水位直接進行計算泥沙取樣與處理用泥沙采樣器取泥水樣a.采取水樣：用采樣器在預先設定好的垂線和測點上取泥水樣，取樣時應同時觀測水位及取樣處的水深，并測定取樣垂線的起點距。取水樣可與測流同時進行。b.泥水樣處理：泥水樣處理有過濾法和比重瓶法兩種。方法取樣部位（h為水深）5點法水面，0.2h,0.6h,0.8h,河底3點法0.2h,0.6h,0.8h2點法0.2h,0.8h1點法0.5h或0.6h斷面輸沙率五點法ρm=(ρ0v0.0+3ρ0.2v0.2+3ρ0.6v0.6+2ρ0.8v0.8+ρ1.0v1.0)/10V三點法ρm=(ρ0.2v0.2+ρ0.6v0.6+ρ0.8v0.8)/(v0.2+v0.6+v0.8)二點法ρm=(ρ0.2v0.2+ρ0.8v0.8)/(v0.2+v0.8)一點法ρm=k1ρ0.5或ρm=k2ρ0.6式中ρm為垂線平均含沙量，ρi為相對水深處的含沙量，vi為相對水深處的流速，V為垂線平均流速，k1、k2為由試驗測得的系數(shù)。求得垂線平均含沙量后，可由下式計算斷面輸沙率：ρs=ρm1Q0+(ρm1+ρm2)Q1/2+(ρm2+ρm3)Q2/2+……+(ρmn-1+ρmn)Qn-1/2+ρmnQn2.4自然斷面測流測流斷面的選擇選擇河道比較平直、河床比較穩(wěn)定、斷面比較規(guī)則、水流較為平穩(wěn)的地段。斷面測定過水斷面測量，包括水深測量和測深垂線起點距測量，主要是測量過水斷面的大小。水深測量多用水尺、測深桿、測深錘、測深鉛魚，在大河上多用超聲波測定水深。水深的測量在測深垂線上進行，與流速測量同時進行。測深垂線起點距是指測深垂線與測流斷面起點間的距離，有斷面索法和經緯儀法。流速測定用流速儀測定流速時，首先要選擇測速垂線，并在測速垂線上選擇測點測定流速。選擇的基本原則是：基本河槽較河灘多設測速垂線，在斷面地形有劇烈轉折和流速有顯著變化的地方應多設測速垂線。測速垂線選好后，在每根測速垂線上選擇測點測定流速。測速垂線設定表河寬<5m5-50m50-100m100-300m300-1000m>1000m測速垂線數(shù)56-1010-1515-2020-30>30流速測點設定表垂線水深方法名稱測點位置h<1m1點法0.6h1m<h<3m2點法0.2h,0.8h3點法0.2h,0.6h,0.8hh>3m5點法水面,0.2h,0.6h,0.8h,河底用浮標法測定流速選擇觀測斷面：要求河道平直、通順、水流平穩(wěn)、斷面穩(wěn)定。在觀測斷面上下游23-30米處分別選擇上觀測斷面和下觀測斷面在上觀測斷面上游10米左右處設浮標投放斷面。在下觀測斷面處架設經緯儀。測流開始前需要對測流面進行測量。在浮標投放斷面處投放浮標，當浮標到達上觀測斷面時開始計時，并在下觀測斷面處用經緯儀確定浮標在觀測斷面處的具體位置（確定測深起點距），并確定測定水深。當浮標到達下觀測斷面時，停止計時。確定浮標從上觀測斷面到下觀測斷面所經歷的時間。V=上下觀測斷面間的距離L/浮標從上斷面到下觀測斷面經歷的時間S流速計算五點法V=(V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0)/10三點法V=(V0.2+2V0.6+V0.8)/4二點法V=(V0.2+V0.6)/2一點法V=V0.6或V=k1V0.0(k1=0.84～0.87)或V=k2V0.2(k2=0.78～0.84)流量計算斷面流量等于斷面上各部分流量之和。Q=Q1+Q2+……+Qn=V1f1+V2f2+……+Vnfn式中Q--為觀測斷面的流量Q1,Q2……Qn--為部分斷面的流量fi—－為部分斷面面積2.5枯枝落葉層水文作用的測定在林地內設置0.2m×0.2m的小樣方。在樣方內，首先測定枯枝落葉層厚度（cm）。然后，把樣方內所有枯枝落葉取下來，清除土壤顆粒，分別稱重，并且從每個小樣方內，用鋁盒采樣3～5個，然后將它們烘干稱重，測得枯枝落葉層的干重和含水量。

枯枝落葉層持水量和截留量的測定，將從林地的一定面積內的枯枝落葉清除土壤碎粒后稱重，然后把樣品經過20分鐘人工降雨或浸人水中20～40分鐘后稱重，測得其最大持水量?？葜β淙~層的截留水量=最大持水量-自然狀態(tài)時含水量2.6土壤含水量的測定

土壤含水量的測定方法有土鉆法、負壓計法、電阻法、中子法、Y射線法、時域反射儀法等。土鉆法儀器設備：烘箱，鋁盒，土鉆，天平（感量0.01g）。測定步驟：在野外土壤水分觀測點用土鉆取樣裝入鋁盒，每個觀測點應作三次重復。在室內將裝有土樣的鋁盒稱重，稱量出鋁盒加濕土的質量W濕。揭開鋁盒蓋，放人烘箱中，在105℃下烘至恒重（約12h），從烘箱中取出鋁盒，蓋好盒蓋，稱量，即鋁盒加烘干土的重量W干。結果計算：

重量含水量％=(W濕-W)/(W干-W)×100%式中：W濕—－濕土＋鋁盒重gW干—－干士＋鋁盒重gW—－鋁盒重g體積含水量％＝重量含水量％×土壤容重（g/cm3）子儀法參觀中子儀的使用方法負壓計法參觀負壓計（張力計）的使用方法時域反射儀法參觀時域反射儀（TDR）的使用方法

2.7土壤孔隙度及容重的測定儀器設備：200cm3環(huán)刀（高5.2cm，半徑3.5cm）或其他規(guī)格的環(huán)刀、天平（感量0.0lg及0.lg）、小刀、鐵鍬、烘箱、鋁盒、瓷盤、濾紙等。測定步驟：選定代表性測定地點，挖掘土壤剖面，根據剖面發(fā)生層次或機械分層，用環(huán)刀采取土樣，每層土壤應不少于三個重復。采樣過程中必須保持環(huán)刀內土壤結構不受破壞，注意環(huán)刀內不要有石塊或粗根侵入。待取出環(huán)刀后，用鋒利的削刀切去環(huán)刀兩端多余的土，使環(huán)刀內的土壤體積與環(huán)刀容積相等，最后將環(huán)刀兩端用蓋子蓋好，分別放入塑料袋內并寫好標簽，帶回室內備用。在室內將環(huán)刀的上、下蓋取下，一端換上帶網孔并墊有濾紙的底蓋，并將該端放人盛薄層水的瓷盤中，盤內水深保持在2～3mm之間，放置8～12h或更長時間。至環(huán)刀上部的濾紙濕潤后從磁盤中取出環(huán)刀，擦干環(huán)刀外的水分并立即稱重W1。稱重后將此環(huán)刀連同濕土放水中浸泡，水面高度至環(huán)刀上沿，浸泡3-4小時以環(huán)刀上面的濾紙充分濕潤為止，此時重新擦干環(huán)刀外面的水分稱重W2,然后將環(huán)刀連同土樣一起放在105℃的烘箱中烘至恒重W3結果計算:毛管孔隙度％＝(W1-W3)/V×100

總孔隙度％＝(W2-W3)/V×100非毛管孔隙度＝總孔隙度－毛管孔隙度土壤的容重=(W3-環(huán)刀重)/v

式中V—－環(huán)刀容積cm32.8土壤飽和導水率的測定

土壤飽和導水率是指當土壤被水分充分飽和后，在單位水頭作用下單位時間單位面積上滲透的水量。儀器設備：環(huán)刀、（200cm3、Φ7.ocm,高5.2cm。）、量筒（100及50ml）、燒懷（100ml）、漏斗、漏斗架、秒表等。測定步驟：在室外用環(huán)刀取原狀土，取樣方法與容重測定相同。在室內將環(huán)刀下端換上有網孔且墊有濾紙的底蓋并將該端浸入水中，同時注意水面不要超過環(huán)刀上沿至土壤充分飽和為止。一般砂土浸1～6h，壤土浸8～12h，粘土浸24h。然后將環(huán)刀取出，在上端套上一個空環(huán)刀，接口處用膠布封好，再用熔蠟粘合，嚴防從接口處漏水，然后將結合的環(huán)刀放在漏斗上，架上漏斗架，漏斗下面承接有燒杯。在上面的空環(huán)刀中保持恒定水頭5cm。加水后從漏斗滴下第一滴水時開始計時，測定單位時間內滲入燒杯中的水量，測定到在單位時間內滲出水量相等時為止,即達到穩(wěn)滲時為止。結果計算：飽和滲透速度VV（mm／min）＝10Qn/STn式中Qn—－為達到穩(wěn)滲時單位時間內滲出的水量mlS—－為環(huán)刀的面積cm2Tn—－為單位時間min

飽和導水率Ks=V×L/(h+L)式中L—－為土層的厚度（即環(huán)刀的高度）cm

h—－為土層上水頭高cm2.9蒸發(fā)散量的測定快速稱重法：將林木枝條（包括葉片）剪下，立即用1/1000精度的天平稱重，然后將枝條掛回原處，經過一段時間后重新稱重。兩次稱重的重量差就是該時段內的蒸散量。單位時間內枝條減少的重量，就是蒸騰強度，然后求得單位林地面積上葉片總重量，最后推算每個林分所在地的蒸騰量。實習地點實習地點選擇在北京市房山區(qū)張坊水文站，延慶水土保持試驗站，懷柔水土