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上蘭村水文實(shí)習(xí)報(bào)告
一、實(shí)習(xí)時(shí)間：2011年10月11日
二、實(shí)習(xí)地點(diǎn)：山西蘭村水文站，汾河二庫(kù) 天氣：陰轉(zhuǎn)雨
三、實(shí)習(xí)目的：
1、了解和掌握水文觀(guān)測(cè)的常用方法和手段，在條件允許的情況下實(shí)地觀(guān)察和動(dòng)手操作；
2、根據(jù)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，分析當(dāng)?shù)氐膹搅鞒ＴO(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)，了解水土保持的基本工作內(nèi)容及其發(fā)展前景；
3、試驗(yàn)分析不同植物的截留，和土壤下滲情況。
四、蘭村水文站簡(jiǎn)介：
經(jīng)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(biāo)為東經(jīng)112°26′，北緯38°00′.該站設(shè)立于1943年5月，1945年9月停測(cè)，1956年4月重建，是我省設(shè)立較早水文站之一。50年來(lái)每年向國(guó)家提供上萬(wàn)組水文水資源數(shù)據(jù)，為我省的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)特別是太原市防汛抗旱做出了積極的貢獻(xiàn)。
此站是我國(guó)重要的水文站，常年承擔(dān)雨、水測(cè)報(bào)任務(wù)。常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目有水位、流量、含沙量、泥沙顆粒分析、蒸發(fā)、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(kù)，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(shí)測(cè)期內(nèi)多年平均流量14.3㎥/s，瞬時(shí)最大流量1950㎥/s，歷史調(diào)查洪水洪峰流量4500㎥/s。
五、測(cè)量?jī)x器學(xué)習(xí)
1.E601型蒸發(fā)器：深60cm，上圓柱下圓錐的結(jié)構(gòu)，底面積3000cm2，配有專(zhuān)用測(cè)針（游標(biāo)卡尺原理）精確到0.1mm，當(dāng)針尖接觸到水面便發(fā)出報(bào)警聲，記錄讀數(shù)。每天早上8點(diǎn)觀(guān)測(cè)一次，通過(guò)計(jì)算兩天的讀數(shù)差計(jì)算蒸發(fā)量，以應(yīng)用于水量平衡計(jì)算。周?chē)鷰讉�(gè)槽起保護(hù)作用，溢出的水通過(guò)溢流孔進(jìn)入溢流桶。主要作用是通過(guò)多年的資料得出大致趨勢(shì)。2. 20cm口徑蒸發(fā)器：通過(guò)稱(chēng)重得出相關(guān)數(shù)據(jù)。蒸發(fā)量較大，誤差也大，直接放在臺(tái)秤上稱(chēng)得蒸發(fā)量，用于地面觀(guān)測(cè)，安裝在距地面70cm的高度上。
3.虹吸式雨量計(jì)DSJ2：自動(dòng)記錄液態(tài)降水物的數(shù)量、強(qiáng)度變化和起止時(shí)間的儀器。由承雨器、虹吸、自記和外殼四個(gè)部分組成。在承雨器下有一浮子室，室內(nèi)裝一浮子與上面的自記筆尖相聯(lián)。雨水流入筒內(nèi)，浮子隨之上升，同時(shí)帶動(dòng)浮子桿上的自記筆上抬，在轉(zhuǎn)動(dòng)鐘筒的自記紙上繪出一條隨時(shí)間變化的降水量上升曲線(xiàn)。當(dāng)浮子室內(nèi)的水位達(dá)到虹吸管的頂部時(shí)，虹吸管便將浮子室內(nèi)的雨水在短時(shí)間內(nèi)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(xiàn)象繼續(xù)，則又重復(fù)上述過(guò)程。最后可以看出一次降水過(guò)程的強(qiáng)度變化、起止時(shí)間，并算出降水量。每日早八點(diǎn)換紙，紙張橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為雨量。
4. 流量流速測(cè)量
①浮標(biāo)法：考慮風(fēng)速，不同站不同系數(shù)，本站為0.85。上中下三個(gè)斷面平行，標(biāo)志針對(duì)應(yīng)對(duì)對(duì)面的標(biāo)志牌，當(dāng)水流較大時(shí)用浮標(biāo)測(cè)流速，把高粱桿捆-綁成十字架作為浮標(biāo)，用浮標(biāo)投放器投放，將水面寬度平均分開(kāi)，岸邊和河中心分別多次投放測(cè)算，一般在白天使用，夜晚使用時(shí)要綁上火把。
測(cè)量方法：在上斷面通過(guò)浮標(biāo)投放器投放浮標(biāo)，此時(shí)工作人員發(fā)出信號(hào)，中斷面開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄浮標(biāo)通過(guò)中斷面的位置和到達(dá)下斷面所用的時(shí)間，浮標(biāo)流速就是上下斷面的距離與所用的時(shí)間之比，從而計(jì)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(zhǔn)儀觀(guān)測(cè)浮標(biāo)。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(diǎn)。②螺槳式流速儀：測(cè)流速時(shí)，由水力推動(dòng)旋槳式轉(zhuǎn)子流速儀旋轉(zhuǎn)，內(nèi)置信號(hào)裝置產(chǎn)生轉(zhuǎn)數(shù)信號(hào)n=總轉(zhuǎn)速／總歷時(shí)。蜂鳴器20圈蜂鳴一次，用秒表計(jì)時(shí)。放在順?biāo)�，離水面0.6m處。
5.框式溫度計(jì)：
精確到0.1℃或0.2℃。早8︰00測(cè)量。在中斷面和基本水尺斷面測(cè)量。水深>1m時(shí)在1m處測(cè)量，水深<1m時(shí)在半深處，不少于0.5m，不接觸河底。把觀(guān)讀的水溫及時(shí)記錄在專(zhuān)用表格內(nèi)。
日平均水溫的統(tǒng)計(jì)：一點(diǎn)法采用兩次測(cè)溫的平均值法測(cè)該日的日平均水溫值。采用兩點(diǎn)法或多點(diǎn)發(fā)測(cè)溫記錄資料，利用算術(shù)平均法統(tǒng)計(jì)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(nèi)日平均水溫的平均值，為該月的月平均水溫、一年內(nèi)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(tǒng)計(jì)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(cè)泥沙含量——比重瓶
測(cè)量時(shí)，須將河水充分?jǐn)噭蚝蠊嗳肫恐�。通過(guò)稱(chēng)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(shí)習(xí)內(nèi)容：
（一）水文觀(guān)測(cè)的常用方法
水文觀(guān)測(cè)是《水文水利計(jì)算》教學(xué)當(dāng)中的重要講授內(nèi)容，通過(guò)實(shí)習(xí)、在課堂所學(xué)和自己查閱書(shū)籍和資料，對(duì)水文觀(guān)測(cè)的手段和方法都有了很多的掌握。水文觀(guān)測(cè)的對(duì)象包括很多方面，下面分別簡(jiǎn)述。
1、降水量：
降水量的觀(guān)測(cè)最常用的方法為利用雨量器進(jìn)行測(cè)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(lèi)型：沉重式、浮筒及虹吸式、翻斗式。自記雨量器能夠自動(dòng)記錄累計(jì)降雨量，一般還配有遙測(cè)設(shè)備，以便實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)。雨量器由于風(fēng)的影響而具有誤差，特別是山嶺和森林中。雪的觀(guān)測(cè)誤差更大。
對(duì)大面積區(qū)域進(jìn)行降雨觀(guān)測(cè)需要根據(jù)區(qū)域的形狀、地形、面積布設(shè)較多的點(diǎn)，以取得一個(gè)流域的平均降雨資料。最簡(jiǎn)單的計(jì)算一個(gè)流域的降水量的方法是算術(shù)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(wǎng)格法。
對(duì)于林內(nèi)降雨常用受雨器法，制作一個(gè)面積較大的受雨器，布設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)，最后根據(jù)公式即可計(jì)算得出。
傳感器測(cè)雨：雷達(dá)覆蓋面廣，并具有高度的時(shí)空分辨能力，能提供時(shí)段小至5分鐘和空間小至1km2的雨量估測(cè)值。利用紅外成象，衛(wèi)星可以測(cè)定地球上廣大面積的降雨量。這些方法在國(guó)外運(yùn)用的較多。
2、樹(shù)冠截留
截留包括很多過(guò)程，主要是樹(shù)干流和樹(shù)冠截留。一般不直接測(cè)定，而是通過(guò)林冠水量的平衡方程計(jì)算：
P=P林內(nèi)＋I(xiàn)＋P干
式中：P——降雨量（mm） P林內(nèi)——林內(nèi)降雨量（mm） I——林冠截留量（mm） P干——樹(shù)干流（mm）
降雨量和林內(nèi)降雨的測(cè)量方法已經(jīng)做了敘述，現(xiàn)在介紹樹(shù)干流的測(cè)定方法：
樹(shù)干流指沿著枝條和分枝流動(dòng)并最后順著主干到達(dá)地面的那部分水。其測(cè)定通常為在樹(shù)干基部用不透水的柔軟材料做成槽狀，承接樹(shù)干莖流的水，導(dǎo)入到測(cè)量裝置中，即可得出一棵樹(shù)的樹(shù)干凈莖流流量，再根據(jù)其樹(shù)冠投影面積，即可換算得出樹(shù)干流P干。
最后：I = P－ P林內(nèi)－P干
3、蒸發(fā)：
蒸發(fā)是水轉(zhuǎn)化為水蒸氣的過(guò)程，一般是作為液態(tài)水損失來(lái)測(cè)定。為了估算可能的蒸發(fā)量大小，和作為實(shí)際中水面和植物的蒸散的系數(shù)調(diào)整，現(xiàn)在普遍使用蒸發(fā)器，其規(guī)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(shè)置。
土壤含水量及其蒸發(fā)：測(cè)量單點(diǎn)的土壤含水量可以用中子儀探測(cè)法、電容探測(cè)法，或測(cè)定反射時(shí)間長(zhǎng)短的反射儀等間接測(cè)定，也可以取土樣，稱(chēng)重法直接測(cè)出。根據(jù)土壤含水量的變化過(guò)程可以估算土壤蒸發(fā)量。土壤蒸發(fā)器是一種用來(lái)觀(guān)測(cè)土壤蒸發(fā)的設(shè)備，直徑0.5到2.0m，填有土壤，種有植被，與周?chē)綦x起來(lái)，使下滲量為零，這樣，測(cè)得的重量差即為土壤含水量的變化。土壤蒸發(fā)器要求土壤和植被的樣本要保持不變，即與周?chē)h(huán)境中的一樣。
植物蒸散：在植物樹(shù)冠高大、太陽(yáng)輻射較少的地方，蒸騰是蒸法的主要組成部分。對(duì)蒸騰作用的直接觀(guān)測(cè)，一種方法是切斷植物的一端沉浸在水容器內(nèi)，觀(guān)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(jìn)行稀釋觀(guān)測(cè)。
4、枯枝落葉攔蓄：
測(cè)定枯枝落葉的攔蓄量，可以選取典型的地面，在不破壞原結(jié)構(gòu)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(gè)鐵絲網(wǎng)底的圓筒內(nèi)，下面有收集滲水的集水器，在接受降雨后，水從鐵絲網(wǎng)漏下。再與同口徑的雨量計(jì)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(huán)的一個(gè)重要過(guò)程，測(cè)定比較復(fù)雜，通常是在一個(gè)指定地方對(duì)有限面積上灌水，利用入滲儀測(cè)定土壤吸收水分的速率。入滲儀有多種類(lèi)型，如環(huán)狀或筒狀入滲儀，噴水入滲儀，張力入滲儀，分別針對(duì)不同的研究對(duì)象和系統(tǒng)。噴水式入滲儀是用來(lái)模擬天然降水的性質(zhì)，例如雨滴大小分布，雨滴沖擊速度，產(chǎn)生連續(xù)均勻的雨滴，以及再現(xiàn)暴雨強(qiáng)度分布和歷時(shí)。
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(huán)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(guān)測(cè)一般包括：①取得高于某一基準(zhǔn)面的連續(xù)的水位資料；②建立水位和流量關(guān)系曲線(xiàn)；③把水位資料轉(zhuǎn)化為流量資料。
觀(guān)測(cè)流量的站稱(chēng)為測(cè)流站，測(cè)流站用自記水位記每隔15分鐘測(cè)水位一次，測(cè)站零點(diǎn)應(yīng)至少和相距一定距離的三個(gè)永久水準(zhǔn)基點(diǎn)相互參證。
測(cè)流斷面的選擇原則是，在大洪水發(fā)生時(shí)也也能進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，水流始終被控制在河槽里，水力條件不受影響。人工測(cè)流要求選河段的順直段，同時(shí)流速在可以精確測(cè)到的范圍之內(nèi)。測(cè)流處不一定和自記水位計(jì)在同一地點(diǎn)，但應(yīng)盡可能靠近，使測(cè)得的流量能代表水位計(jì)的數(shù)值。
浮標(biāo)法測(cè)流
水位觀(guān)測(cè)：傳統(tǒng)的自記水位是在靜水井中放一個(gè)浮筒，與自記記錄儀相連，資料可以從數(shù)字圖表上獨(dú)得，或由機(jī)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(zhì)河槽，這樣靜水井可以靠近河流。對(duì)于寬闊的沙質(zhì)河槽，靜水井必須置于距主流一定距離的岸灘。
流量測(cè)驗(yàn)：測(cè)站的流量是通過(guò)對(duì)水位計(jì)附近斷面的流速和水深測(cè)量算出來(lái)的。流速是用流速儀對(duì)橫斷面的各條垂線(xiàn)進(jìn)行觀(guān)測(cè)而得，垂線(xiàn)之間的距離應(yīng)以每條垂線(xiàn)所代表的流量不超過(guò)斷面總流量的10％為準(zhǔn)，流速儀掛在用絞車(chē)控制的纜索上，在淺水中它也可裝在觀(guān)測(cè)桿上由觀(guān)測(cè)員用手操作，每條垂線(xiàn)的深度用纜索或測(cè)量深桿測(cè)量，其他流速觀(guān)測(cè)方法可用浮標(biāo)、裝備流速儀、測(cè)速桿或超聲波裝置，垂線(xiàn)在河底為零及至水邊或接近水面達(dá)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(shí)以0.6m水深處代表平均流速，當(dāng)水深大于0.76m時(shí)取0.2m和0.8m水深處流速的均值。在洪水時(shí)期水深觀(guān)測(cè)困難時(shí)，可僅測(cè)接近水面的流速，水深可在洪水過(guò)后補(bǔ)測(cè)，用標(biāo)準(zhǔn)流速曲線(xiàn)上讀得系數(shù)以估算垂線(xiàn)平均流速。
7、含沙量：
含沙量是反映水流挾帶泥沙的數(shù)量，在泥沙運(yùn)動(dòng)中是一個(gè)重要的額參數(shù)。常用的含沙量有三種表達(dá)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(zhì)量表達(dá)法：泥沙干重與沙和水的總重量之比，Sw=Ws/W.③質(zhì)量和體積混合表達(dá)法:泥沙干重與沙和水的總體積之比。泥沙的常用表達(dá)方式是每立方米多少公斤，如我國(guó)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.emrowgh.com。
為了對(duì)河流的泥沙含量進(jìn)行觀(guān)測(cè)，常選擇較長(zhǎng)的穩(wěn)定均勻的河段，在掌握泥沙的特性之后，使用相關(guān)儀器，采集測(cè)量河流中的泥沙含量。對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)形式的泥沙，有不同種類(lèi)的泥沙采集器，如懸移質(zhì)采樣器、推移質(zhì)采樣器、床沙質(zhì)采樣器。
輸沙率：Qs=Q*Cs*k
式中：Qs——輸沙率；Q——流量；Cs——懸移質(zhì)泥沙的含沙量。
泥沙輸移：在天然河道中，含沙量隨季節(jié)、泥沙來(lái)源以及漲水或退水過(guò)程而變化，含沙量一般隨著流量的增大而增大。給定點(diǎn)的輸沙率是含沙量與點(diǎn)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(jì)算必須在全斷面內(nèi)積分，以獲得經(jīng)過(guò)該斷面的輸沙率Qs。
通過(guò)水流斷面的日輸沙率計(jì)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(shù)關(guān)系得泥沙率定曲線(xiàn)，兩者關(guān)系常呈指數(shù)關(guān)系：Cs＝aQb式中a與b為系數(shù)，由回歸分析求得。
年內(nèi)流域產(chǎn)沙量可從流量歷時(shí)－泥沙率定曲線(xiàn)求得。
流域內(nèi)面蝕與河床侵蝕的總量稱(chēng)之為總侵蝕量。然而并不是流域內(nèi)所有的被沖刷起來(lái)的顆粒均能達(dá)到流域出口，有更大量泥沙則被攔截在湖泊與水庫(kù)之中。輸送至流域出口的泥沙總量稱(chēng)之為產(chǎn)沙量。泥沙輸移比表示當(dāng)?shù)乇粵_刷物質(zhì)到達(dá)下游某一地點(diǎn)的百分比，即產(chǎn)沙量與流域內(nèi)的總沖刷量之比。
（二）徑流場(chǎng)調(diào)查
為了觀(guān)測(cè)土地利用對(duì)水量和水質(zhì)的影響，水文當(dāng)中常通過(guò)修建徑流小區(qū)（徑流場(chǎng)）測(cè)定不同類(lèi)型的土地利用的徑流量、泥沙含量等資料。標(biāo)準(zhǔn)的徑流小區(qū)規(guī)格為 22×5m，坡度9゜。實(shí)際當(dāng)中也可以根據(jù)研究地區(qū)的的坡度、坡長(zhǎng)、土壤等情況作適當(dāng)調(diào)整。在布設(shè)徑流小區(qū)時(shí)注意應(yīng)盡量使長(zhǎng)邊垂至于等高線(xiàn)，短邊平行于等高線(xiàn)。
徑流場(chǎng)由保護(hù)帶、護(hù)耿承水槽、導(dǎo)水管、觀(guān)測(cè)室等幾部分組成。水保站里的徑流小區(qū)相對(duì)集中，設(shè)置了很多對(duì)照組。參觀(guān)時(shí)發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組設(shè)置合理，一組的試驗(yàn)區(qū)數(shù)目有為2區(qū)，有的為4區(qū)，每一組較為集中，方便對(duì)照觀(guān)測(cè)，但是我們也發(fā)現(xiàn)其中有不合理的地方，如區(qū)與區(qū)之間缺少保護(hù)帶，這樣的話(huà)對(duì)于有林地和無(wú)林地的對(duì)照就會(huì)帶來(lái)較大誤差，特別是有林地如果植物長(zhǎng)得比較高大，就會(huì)影響到周?chē)臒o(wú)林地。
主要同坡度坡向的徑流小區(qū)對(duì)照：自然狀態(tài)下的裸地、有工程措施（水平條）的裸地、有農(nóng)作物（玉米）的土地、有小喬木（刺柏）的土地、有工程措施（魚(yú)鱗坑）和小喬木（刺柏）的土地。
另外還有不同坡度的徑流小區(qū)的對(duì)照、不同坡向徑流小區(qū)的對(duì)照。
九孔分水箱為體積法測(cè)徑流量的裝置，在徑流場(chǎng)產(chǎn)生的徑流量較大時(shí)，可以通過(guò)分流，只取小部分通過(guò)量水設(shè)施。為了使分流具有很高的準(zhǔn)確性，安裝設(shè)施時(shí)須注意分水箱必須水平，以確保每個(gè)孔流出的水量一致。
分水箱上方還安裝了超聲波測(cè)距儀，解決了體積法只能測(cè)到一定時(shí)間內(nèi)徑流總量而不能反映過(guò)程的難題。超聲波儀工作所需要的電能來(lái)自于太陽(yáng)能電板，把新型能源用到了科學(xué)試驗(yàn)上。
通過(guò)對(duì)不同小區(qū)的流量的分析，就可以得出不同狀態(tài)的土地產(chǎn)生的徑流多少，從而得出不同土地利用類(lèi)型對(duì)水分下滲的影響，為水土保持提供理論依據(jù)。
徑流小區(qū)流出的水中含有一定的泥沙，通過(guò)對(duì)泥沙的觀(guān)測(cè)可以得出不同土地利用類(lèi)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(guān)測(cè)的方法常在通往分水箱的管道中插入一個(gè)采樣器（6712型），采樣器可以自動(dòng)記錄每次取樣的泥沙含量，操作較為簡(jiǎn)單。但是在觀(guān)察時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)了不好的方面，那就是采樣器上已經(jīng)積累了很厚的泥土，看來(lái)是長(zhǎng)期無(wú)人清理了，這樣容易是采樣器受堵，無(wú)法取得水樣，或者泥沙含量不準(zhǔn)確。
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