上兰村水文实习报告

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上兰村水文实习报告

一、实习时间：2011年10月11日

上兰村水文实习报告

二、实习地点：山西兰村水文站，汾河二库天气：阴转雨

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、兰村水文站简介：

经工作人员介绍，我们得知，兰村水文站处汾河中上游，位于太原市西北22.5公里的上兰村，地理坐标为东经112°26′，北纬38°00′.该站设立于1943年5月，1945年9月停测，1956年4月重建，是我省设立较早水文站之一。50年来每年向国家提供上万组水文水资源数据，为我省的国民经济建设特别是太原市防汛抗旱做出了积极的贡献。

此站是我国重要的水文站，常年承担雨、水测报任务。常规检测项目有水位、流量、含沙量、泥沙颗粒分析、蒸发、降水量、水温、气温、冰清、地下水等。断面上游13公里处建有大型水利工程枢纽——汾河二库，还有著名兰村泉出露，天然条件下，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。本站控流面积7705平方公里，流域平均宽度36.1公里，实测期内多年平均流量14.3㎥/s，瞬时最大流量1950㎥/s，历史调查洪水洪峰流量4500㎥/s。

五、测量仪器学习

1.E601型蒸发器：深60cm，上圆柱下圆锥的结构，底面积3000cm2，配有专用测针（游标卡尺原理）精确到0.1mm，当针尖接触到水面便发出报警声，记录读数。每天早上8点观测一次，通过计算两天的读数差计算蒸发量，以应用于水量平衡计算。周围几个槽起保护作用，溢出的水通过溢流孔进入溢流桶。主要作用是通过多年的资料得出大致趋势。2. 20cm口径蒸发器：通过称重得出相关数据。蒸发量较大，误差也大，直接放在台秤上称得蒸发量，用于地面观测，安装在距地面70cm的高度上。

3.虹吸式雨量计DSJ2：自动记录液态降水物的数量、强度变化和起止时间的仪器。由承雨器、虹吸、自记和外壳四个部分组成。在承雨器下有一浮子室，室内装一浮子与上面的自记笔尖相联。雨水流入筒内，浮子随之上升，同时带动浮子杆上的自记笔上抬，在转动钟筒的自记纸上绘出一条随时间变化的降水量上升曲线。当浮子室内的水位达到虹吸管的顶部时，虹吸管便将浮子室内的雨水在短时间内迅速排出而完成一次虹吸。虹吸一次，雨量为10毫米。如果降水现象继续，则又重复上述过程。最后可以看出一次降水过程的强度变化、起止时间，并算出降水量。每日早八点换纸，纸张横坐标为时间，纵坐标为雨量。

4. 流量流速测量

①浮标法：考虑风速，不同站不同系数，本站为0.85。上中下三个断面平行，标志针对应对对面的标志牌，当水流较大时用浮标测流速，把高粱杆捆-绑成十字架作为浮标，用浮标投放器投放，将水面宽度平均分开，岸边和河中心分别多次投放测算，一般在白天使用，夜晚使用时要绑上火把。

测量方法：在上断面通过浮标投放器投放浮标，此时工作人员发出信号，中断面开始计时，记录浮标通过中断面的位置和到达下断面所用的时间，浮标流速就是上下断面的距离与所用的时间之比，从而计算出流速，再利用面积乘以流速得到流量。此河流上、下断面150米，中断面75米，河宽140米。另外，工作人员利用瞄准仪观测浮标。A为河流上断面、B为中断面、C为下断面。AC之间距离150m，B是中点。②螺桨式流速仪：测流速时，由水力推动旋桨式转子流速仪旋转，内置信号装置产生转数信号n=总转速／总历时。蜂鸣器20圈蜂鸣一次，用秒表计时。放在顺水流，离水面0.6m处。

5.框式温度计：

精确到0.1℃或0.2℃。早8︰00测量。在中断面和基本水尺断面测量。水深>1m时在1m处测量，水深<1m时在半深处，不少于0.5m，不接触河底。把观读的水温及时记录在专用表格内。

日平均水温的统计：一点法采用两次测温的平均值法测该日的日平均水温值。采用两点法或多点发测温记录资料，利用算术平均法统计出该次的河水温度，然后两次河水温度的平均值为该日的日平均水温度值。

月、年的河水平均温度。月内日平均水温的平均值，为该月的月平均水温、一年内平均水温的平均值，为该年的年平均水温。同样的办法，可以统计出如下特征值：多年平均水温和正常年平均水温；历年最高、最低河流水温。

6.测泥沙含量——比重瓶

测量时，须将河水充分搅匀后灌入瓶中。通过称重，得出水中泥沙与水的重量之比可算出河水的含沙量。六、实习内容：

（一）水文观测的常用方法

水文观测是《水文水利计算》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：雷达覆盖面广，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材料做成槽状，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，即与周围环境中的一样。

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圆筒内，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http://www.oh100.com。

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、护耿承水槽、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。

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。

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