水文与水资源学实习报告
水文与水资源学实习报告
一、实习时间：
20xx年10月19日～10月21日
二、实习地点：
xx市xx县xx水保站、xx县水文站
三、实习目的：
1、了解和掌握水文观测的常用方法和手段，在条件允许的情况下实地观察和动手操作；
2、根据所学专业知识，分析当地的径流常设计的优缺点，了解水土保持的基本工作内容及其发展前景；
3、试验分析不同植物的截留，和土壤下渗情况。
四、实习方法：
实地考察：观察水保站和水文站的水文观测设施，听老师和技术人员讲解其观测对象和使用方法。实际测量：在水文站里用现有条件测量了河水的流速。查阅资料：查阅书籍，了解了更多的水文测量的方法。
五、实习内容：
（一）水文观测的常用方法
水文观测是《水文与水资源学》教学当中的重要讲授内容，通过实习、在课堂所学和自己查阅书籍和资料，对水文观测的手段和方法都有了很多的掌握。水文观测的对象包括很多方面，下面分别简述。
1、降水量：
降水量的观测最常用的方法为利用雨量器进行测定。雨量器有自记式的和非自记式的。自记式雨量器有三种主要类型：沉重式、浮筒及虹吸式、翻斗式。自记雨量器能够自动记录累计降雨量，一般还配有遥测设备，以便实时传送数据。雨量器由于风的影响而具有误差，特别是山岭和森林中。雪的观测误差更大。
对大面积区域进行降雨观测需要根据区域的形状、地形、面积布设较多的点，以取得一个流域的平均降雨资料。最简单的计算一个流域的降水量的方法是算术平均法，适用于雨量器分布均匀密集的情况。另外还有泰森多边形法、网格法。
对于林内降雨常用受雨器法，制作一个面积较大的受雨器，布设在标准地内，最后根据公式即可计算得出。
传感器测雨：雷达覆花面广，并具有高度的时空分辨能力，能提供时段小至5分钟和空间小至1km2的雨量估测值。利用红外成象，卫星可以测定地球上广大面积的降雨量。这些方法在国外运用的较多。
2、树冠截留
截留包括很多过程，主要是树干流和树冠截留。一般不直接测定，而是通过林冠水量的平衡方程计算：
p=p林内＋i＋p干
式中：p——降雨量（mm） p林内——林内降雨量（mm） i——林冠截留量（mm） p干——树干流（mm）
降雨量和林内降雨的测量方法已经做了叙述，现在介绍树干流的测定方法：
树干流指沿着枝条和分枝流动并最后顺着主干到达地面的那部分水。其测定通常为在树干基部用不透水的柔软花做成槽状，承接树干茎流的水，导入到测量装置中，即可得出一棵树的树干净茎流流量，再根据其树冠投影面积，即可换算得出树干流p干。
最后：i = p－ p林内－p干
3、蒸发：
蒸发是水转化为水蒸气的过程，一般是作为液态水损失来测定。为了估算可能的蒸发量大小，和作为实际中水面和植物的蒸散的系数调整，现在普遍使用蒸发器，其规格也有多种，林大气象站中的为圆形，直径1.21m，0.255m深，水平设置。
土壤含水量及其蒸发：测量单点的土壤含水量可以用中子仪探测法、电容探测法，或测定反射时间长短的反射仪等间接测定，也可以取土样，称重法直接测出。根据土壤含水量的变化过程可以估算土壤蒸发量。土壤蒸发器是一种用来观测土壤蒸发的设备，直径0.5到2.0m，填有土壤，种有植被，与周围隔离起来，使下渗量为零，这样，测得的重量差即为土壤含水量的变化。土壤蒸发器要求土壤和植被的样本要保持不变，即与周围花中的一样。
植物蒸散：在植物树冠高大、太阳辐射较少的地方，蒸腾是蒸法的主要组成部分。对蒸腾作用的直接观测，一种方法是切断植物的一端沉浸在水容器内，观察水的上升量。另一种方法是示踪法，指用能量脉冲确定作物茎干水分输送的速度，或者用氘作为失踪原子进行稀释观测。
4、枯枝落叶拦蓄：
测定枯枝落叶的拦蓄量，可以选取典型的地面，在不破坏原结构条件下搜集单位面积上的枯落物，清楚土壤颗粒后，把它完整地放入一个铁丝网底的花内，下面有收集渗水的集水器，在接受降雨后，水从铁丝网漏下。再与同口径的雨量计接受的雨量相比较，即为枯枝落叶的拦蓄量。
5、入渗：
入渗是水分循环的一个重要过程，测定比较复杂，通常是在一个指定地方对有限面积上灌水，利用入渗仪测定土壤吸收水分的速率。入渗仪有多种类型，如环状或筒状入渗仪，喷水入渗仪，张力入渗仪，分别针对不同的研究对象和系统。喷水式入渗仪是用来模拟天然降水的性质，例如雨滴大小分布，雨滴冲击速度，产生连续均匀的雨滴，以及再现暴雨强度分布和历时。
6、河川径流：
河川径流是沿某一给定的天然河槽的流量，也是水循环的组成部分，包括基流（地下水出流）、壤中流、饱和层坡面流。河川径流的观测一般包括：①取得高于某一基准面的连续的水位资料；②建立水位和流量关系曲线；③把水位资料转化为流量资料。
观测流量的站称为测流站，测流站用自记水位记每隔15分钟测水位一次，测站零点应至少和相距一定距离的三个永久水准基点相互参证。
测流断面的选择原则是，在大洪水发生时也也能进入现场，水流始终被控制在河槽里，水力条件不受影响。人工测流要求选河段的顺直段，同时流速在可以精确测到的范围之内。测流处不一定和自记水位计在同一地点，但应尽可能靠近，使测得的流量能代表水位计的数值。
浮标法测流
水位观测：传统的自记水位是在静水井中放一个浮筒，与自记记录仪相连，资料可以从数字图表上独得，或由机器在穿孔纸上得到。浮筒式自记水位适用于狭窄而下切的沙砾质河槽，这样静水井可以靠近河流。对于宽阔的沙质河槽，静水井必须置于距主流一定距离的岸滩。
流量测验：测站的流量是通过对水位计附近断面的流速和水深测量算出来的。流速是用流速仪对横断面的各条垂线进行观测而得，垂线之间的距离应以每条垂线所代表的流量不超过断面总流量的10％为准，流速仪挂在用绞车控制的缆索上，在浅水中它也可装在观测杆上由观测员用手操作，每条垂线的深度用缆索或测量深杆测量，其他流速观测方法可用浮标、装备流速仪、测速杆或超声波装置，垂线在河底为零及至水边或接近水面达到最大，平均流速一般在距水面0.6m水深处。通常在水深小于0.76m时以0.6m水深处代表平均流速，当水深大于0.76m时取0.2m和0.8m水深处流速的均值。在洪水时期水深观测困难时，可仅测接近水面的流速，水深可在洪水过后补测，用标准流速曲线上读得系数以估算垂线平均流速。
7、含沙量：
含沙量是反映水流挟带泥沙的数量，在泥沙运动中是一个重要的额参数。常用的含沙量有三种表达方法：①体积表示法：sv为泥沙的体积（vs）与泥沙和水总体积（v）之比＝vs/ v .②质量表达法：泥沙干重与沙和水的总重量之比，sw=ws/w.③质量和体积混合表达法:泥沙干重与沙和水的总体积之比。泥沙的常用表达方式是每立方米多少公斤，如我国的黄河，是世界上含沙量最大的河流，其年平均含沙量为37.6kg/m3。
为了对河流的泥沙含量进行观测，常选择较长的稳定均匀的河段，在掌握泥沙的特性之后，使用相关仪器，采集测量河流中的泥沙含量。对于不同运动形式的泥沙，有不同种类的泥沙采集器，如悬移质采样器、推移质采样器、床沙质采样器。
输沙率：qs=q*cs*k
式中：qs——输沙率；q——流量；cs——悬移质泥沙的含沙量。
泥沙输移：在天然河道中，含沙量随季节、泥沙来源以及涨水或退水过程而变化，含沙量一般随着流量的增大而增大。给定点的输沙率是含沙量与点流速的乘积。由于水流流速在水面处为最大，而含沙量则在临近河床处为最大，所以输沙率的计算必须在全断面内积分，以获得经过该断面的输沙率qs。
通过水流断面的日输沙率计算：qs=0.0864qcs
式中：qs——日平均输沙率； cs——泥沙通量平均含沙量；q——日平均流量。
平均含沙量cs与流量q的函数关系得泥沙率定曲线，两者关系常呈指数关系：cs＝aqb
式中a与b为系数，由回归分析求得。
年内流域产沙量可从流量历时－泥沙率定曲线求得。
流域内面蚀与河床侵蚀的总量称之为总侵蚀量。然而并不是流域内所有的被冲刷起来的颗粒均能达到流域出口，有更大量泥沙则被拦截在湖泊与水库之中。输送至流域出口的泥沙总量称之为产沙量。泥沙输移比表示当地被冲刷物质到达下游某一地点的百分比，即产沙量与流域内的总冲刷量之比。
（二）径流场调查
为了观测土地利用对水量和水质的影响，水文当中常通过修建径流小区（径流场）测定不同类型的土地利用的径流量、泥沙含量等资料。标准的径流小区规格为22×5m，坡度9゜。实际当中也可以根据研究地区的的坡度、坡长、土壤等情况作适当调整。在布设径流小区时注意应尽量使长边垂至于等高线，短边平行于等高线。
径流场由保护带、护埂、承水槽、导水管、观测室等几部分组成。水保站里的径流小区相对集中，设置了很多对照组。参观时发现，对照组设置合理，一组的试验区数目有为2区，有的为4区，每一组较为集中，方便对照观测，但是我们也发现其中有不合理的地方，如区与区之间缺少保护带，这样的话对于有林地和无林地的对照就会带来较大误差，特别是有林地如果植物长得比较高大，就会影响到周围的无林地。
主要同坡度坡向的径流小区对照：自然状态下的裸地、有工程措施（水平条）的裸地、有农作物（玉米）的土地、有小乔木（刺柏）的土地、有工程措施（鱼鳞坑）和小乔木（刺柏）的土地。
另外还有不同坡度的径流小区的对照、不同坡向径流小区的对照。
老师让我们亲眼目睹了测坡面径流量的九孔分水箱（右图）。九孔分水箱为体积法测径流量的装置，在径流场产生的径流量较大时，可以通过分流，只取小部分通过量水设施。为了使分流具有很高的准确性，安装设施时须注意分水箱必须水平，以确保每个孔流出的水量一致。
分水箱上方还安装了超声波测距仪，解决了体积法只能测到一定时间内径流总量而不能反映过程的难题。超声波仪工作所需要的电能来自于太阳能电板，把新型能源用到了科学试验上。
通过对不同小区的流量的分析，就可以得出不同状态的土地产生的径流多少，从而得出不同土地利用类型对水分下渗的影响，为水土保持提供理论依据。
径流小区流出的水中含有一定的泥沙，通过对泥沙的观测可以得出不同土地利用类型的侵蚀量大小，为水土保持方案的制定提供理论支持。泥沙观测的方法常在通往分水箱的管道中插入一个采样器（6712型），采样器可以自动记录每次取样的泥沙含量，操作较为简单。但是在观察时我们也发现了不好的方面，那就是采样器上已经积累了很厚的泥土，看来是长期无人清理了，这样容易是采样器受堵，无法取得水样，或者泥沙含量不准确。
截留量主要是枝叶吸附的水量，其值的大小取决于降水前枝叶表面的干湿状况和质地，由实验可知，降水前在同一小区域的各种植物的干湿状况大体相同，因此木本植物中国槐、樱桃、刺槐树叶的质地能吸附更多的水分，草本植物中白菊、黄花蒿能吸附更多的水分。截留量高的植物，能将少于雨水对地表的冲刷，因此相对于截留量低的植物更具有水土保持作用。
3、土壤下渗速率的测定：
为了测定不同土壤类型的水分下渗速率，我们分别在农地、草地、林地中选取了若干个点，测量水分下渗1cm所需要的时间，实验结果见小表：
对每一种土地类型的下渗时间数据取平均值：农地下渗1cm所需时间：42.5s
草地下渗1cm所需时间：120.9s
林地下渗1cm所需时间：244.7s
由计算结果可以明显看出，下渗1cm，农地所需的时间最短，草地较长，林地最长。土壤对于下渗的影响，主要是土壤的透水性能和前期含水量，由于本地秋冬季节不同类型土壤中水分含量相差不大，因此，可以证明农田的透水性较好，林地最差。在水土保持中，若降水量较大，则农田可能产生的壤中流较大，土壤结构容易受到较大的破坏；而林地土壤保持得最好，草地次之。
六、实习体会：
本次实习共三天，野外部分两天，在之前我们还前面进行了《土壤侵蚀原理》的实习，都在同一地点，但课程内容不一样所以实习的内容也不一样。第一天上午主要是对水保站里的各种水文观测方法的熟悉，实地参观了气象站、径流小区，看到了水保站里的很多设备及其使用，x老师给我们讲到了每一种设备观测的对象、方法，和它的有缺点，让我们课堂上学到的知识有一个实践的机会，有些有和书本上的不完全一样，让我们思考，通过这个过程，对水文观测的方法有了更深的了解和记忆。第一天下午我们做了一些试验，测量了不同植物的截流量、土壤的下渗速率等。
第二天我们参观了水文站，秦站长为我们演示了流速仪法测流速。天气已经比较冷了，树叶落了满地，站长衣服穿得比较薄，但一点不觉得冷样的，满脸发红，两只大手熟练得操作着仪器，精神让我们感动。然后我们又自己用简单的方法测量了流速。
第三天我们小组做了讨论，整理了数据。这次实习的住宿条件不是很好，晚上不脱衣服睡在床上也觉得冷，但吃的很好，又便宜又吃得饱。周围没有好的景色，让我们感到了水土保持就是这样一个非常现实的事业，在有限的条件里做着基本的科学工作，它的作用却非常巨大。x老师对我们做了很多的指导，一直带领着我们上坡下坎，对大家也非常好。水保，让人走过了很多的山山水水，让人的性格也跟自然一样，心胸宽广、脚踏实地。
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