《水文与水资源学》实习指导.docx

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《水文与水资源学》实习指导

《水文与水资源学》

实习指导

张建军

2005年4月

实习指导

1实习目的

巩固课堂教学内容，掌握水文观测的基本方法。

2实习内容

2.1降水量的测定

a）林外降雨的测定方法、测定仪器

用雨量计观测，主要仪器有雨量筒、虹吸式雨量计、翻斗式雨量计。

b）林内降雨的测定方法、测定仪器

网格法受雨器法

c）树干流的测定

用不透水的柔软材料作成槽状（承接槽），螺旋形地环绕在树于基部，并用塑料管将树干茎流导入测量装置

2.2坡面径流量的测定

（1）径流场的选择

◆径流场应选择在地形、坡向、土壤、地质、植被、地下水和土地利用情况有代表性的地段上。

◆坡面尽可能处于自然状态，不能有土坑、道路、坟墓、土堆等影响径流流动的障碍物。

◆径流场的坡面应均匀一致，不能有急转的坡度，植被覆盖和土壤特征应一致。

◆植被和地表的枯枝落叶应保存完好，不应遭到破坏。

◆径流场应相对集中，交通便利，以利于进行水文气象观测，同时也利于进行人工降雨试验。

（2）径流场的组成

保护带、护埂、承水槽、观测室

（3）径流场的布设

根据地形条件、实验内容、人力状况确定径流场的数目，集中布设。

以便于观测和管理。

同时，布设一组对照小区。

（4）径流量观测方法

流观测方法可根据径流场可能产生的最大、最小流量选定，一般常用的方法有体积法、量水计法、溢流堰法、混合法

（5）径流量的观测仪器

水尺、浮子式水位计、超声波水位计、量水计、分水箱

（6）泥沙取样方法

泥沙的取样方法最为常用的是在观测室蓄水池或流水中人工取样，或利用泥沙自动取样测定含沙量。

取样器可以采用瓶式或其他形式.

用体积法观测径流时可在雨后一次取样，取样前先测定蓄水池中的泥水总体积，然后对泥水进行搅拌，分层取样。

（7）泥沙测定方法

取样后在室内过滤、烘干、称重，计算泥沙含量。

（8）径流量及冲刷量的计算方法

净水率（kg/l）=（泥水量－干泥重）/泥水样体积

净水量（kg、l）=净水率×泥水总量

径流量（mm）=净水量/径流小区面积

径流系数（％）＝径流量/降雨量×100

净泥率（kg/l）＝干泥重/泥水样体积

净泥量＝净泥率×泥水总量

冲刷量（kg/ha）＝净泥量×10000/径流场面积（m2）

2.3小流域径流泥沙观测

（1）研究流域的选择

根据研究目的，选择自然条件和土地利用情况有代表性的流域，并选择对比流域。

研究流域必须是闭合流域。

（2）研究流域的部署

在总体规划部署时，应按大流域套小流域、综合套单项、大区套小区的原则。

在小流域的研究方法上，采用单独流域法（流域自身对比法）或并行流域法（平行对比法）。

（3）量水断面的选择

观测断面一般选择在流域出口，以控制全流域的径流和泥沙

观测断面必须选择在河道顺直、沟床稳定、没有支流汇水影响的地方

观测断面应选择在交通方便、便于修建量水设施的地方

（4）量水堰的结构

量水堰由观测室、探井、堰体、引水墙、沉砂池、导水管、水尺

（5）水位测定

在量水堰体上安装的水尺上直接读取水位。

用安装在探井上的水位计观测水位。

（6）水位计的种类

水位计有浮子式、超声波式、压力式。

浮子式与超声波式需要安装在探井上，压力式水位计直接投入水中观测。

（7）平均水位的计算

如果一日内水位变化不大，或虽有变化但观测时距相等时，可以用算术平均法求得日平均水位。

如果一日内水位变化较大，观测时距又不相等，可用面积包围法计算平均水位，即将一日0～24时的水位过程线所包围的面积除以24小时。

（8）流量计算

根据量水堰的流量公式，利用观测到的水位直接进行计算

（9）泥沙取样与处理

用泥沙采样器取泥水样

a.采取水样：

用采样器在预先设定好的垂线和测点上取泥水样，取样时应同时观测水位及取样处的水深，并测定取样垂线的起点距。

取水样可与测流同时进行。

b.泥水样处理：

泥水样处理有过滤法和比重瓶法两种。

方法

取样部位（h为水深）

5点法

水面，0.2h,0.6h,0.8h,河底

3点法

0.2h,0.6h,0.8h

2点法

0.2h,0.8h

1点法

0.5h或0.6h

（10）断面输沙率

五点法ρm=（ρ0v0.0+3ρ0.2v0.2+3ρ0.6v0.6+2ρ0.8v0.8+ρ1.0v1.0）/10V

三点法ρm=（ρ0.2v0.2+ρ0.6v0.6+ρ0.8v0.8）/（v0.2+v0.6+v0.8）

二点法ρm=（ρ0.2v0.2+ρ0.8v0.8）/（v0.2+v0.8）

一点法ρm=k1ρ0.5或ρm=k2ρ0.6

式中ρm为垂线平均含沙量，ρi为相对水深处的含沙量，vi为相对水深处的流速，V为垂线平均流速，k1、k2为由试验测得的系数。

求得垂线平均含沙量后，可由下式计算断面输沙率：

ρs=ρm1Q0+（ρm1+ρm2）Q1/2+（ρm2+ρm3）Q2/2+……+（ρmn-1+ρmn）Qn-1/2+ρmnQn

2.4自然断面测流

（1）测流断面的选择

选择河道比较平直、河床比较稳定、断面比较规则、水流较为平稳的地段。

（2）断面测定

过水断面测量，包括水深测量和测深垂线起点距测量，主要是测量过水断面的大小。

水深测量多用水尺、测深杆、测深锤、测深铅鱼，在大河上多用超声波测定水深。

水深的测量在测深垂线上进行，与流速测量同时进行。

测深垂线起点距是指测深垂线与测流断面起点间的距离，有断面索法和经纬仪法。

（3）流速测定

用流速仪测定流速时，首先要选择测速垂线，并在测速垂线上选择测点测定流速。

选择的基本原则是：

基本河槽较河滩多设测速垂线，在断面地形有剧烈转折和流速有显著变化的地方应多设测速垂线。

测速垂线选好后，在每根测速垂线上选择测点测定流速。

测速垂线设定表

河宽

<5m

5-50m

50-100m

100-300m

300-1000m

>1000m

测速垂线数

5

6-10

10-15

15-20

20-30

>30

流速测点设定表

垂线水深

方法名称

测点位置

h<1m

1点法

0.6h

1m

2点法

0.2h,0.8h

3点法

0.2h,0.6h,0.8h

h>3m

5点法

水面,0.2h,0.6h,0.8h,河底

（4）用浮标法测定流速

选择观测断面：

要求河道平直、通顺、水流平稳、断面稳定。

在观测断面上下游23-30米处分别选择上观测断面和下观测断面

在上观测断面上游10米左右处设浮标投放断面。

在下观测断面处架设经纬仪。

测流开始前需要对测流面进行测量。

在浮标投放断面处投放浮标，当浮标到达上观测断面时开始计时，并在下观测断面处用经纬仪确定浮标在观测断面处的具体位置（确定测深起点距），并确定测定水深。

当浮标到达下观测断面时，停止计时。

确定浮标从上观测断面到下观测断面所经历的时间。

V=上下观测断面间的距离L/浮标从上断面到下观测断面经历的时间S

（5）流速计算

五点法V=（V0.0+3V0.2+3V0.6+2V0.8+V1.0）/10

三点法V=（V0.2+2V0.6+V0.8）/4

二点法V=（V0.2+V0.6）/2

一点法V=V0.6或V=k1V0.0（k1=0.84～0.87）或V=k2V0.2（k2=0.78～0.84）

（6）流量计算

断面流量等于断面上各部分流量之和。

Q=Q1+Q2+……+Qn=V1f1+V2f2+……+Vnfn

式中Q--为观测断面的流量

Q1,Q2……Qn--为部分断面的流量

fi—－为部分断面面积

2.5枯枝落叶层水文作用的测定

在林地内设置0.2m×0.2m的小样方。

在样方内，首先测定枯枝落叶层厚度（cm）。

然后，把样方内所有枯枝落叶取下来，清除土壤颗粒，分别称重，并且从每个小样方内，用铝盒采样3～5个，然后将它们烘干称重，测得枯枝落叶层的干重和含水量。

 枯枝落叶层持水量和截留量的测定，将从林地的一定面积内的枯枝落叶清除土壤碎粒后称重，然后把样品经过20分钟人工降雨或浸人水中20～40分钟后称重，测得其最大持水量。

枯枝落叶层的截留水量=最大持水量-自然状态时含水量

2.6土壤含水量的测定

 土壤含水量的测定方法有土钻法、负压计法、电阻法、中子法、Y射线法、时域反射仪法等。

（1）土钻法

仪器设备：

烘箱，铝盒，土钻，天平（感量0.01g）。

测定步骤：

在野外土壤水分观测点用土钻取样装入铝盒，每个观测点应作三次重复。

在室内将装有土样的铝盒称重，称量出铝盒加湿土的质量W湿。

揭开铝盒盖，放人烘箱中，在105℃下烘至恒重（约12h），从烘箱中取出铝盒，盖好盒盖，称量，即铝盒加烘干土的重量W干。

结果计算：

 重量含水量％=（W湿-W）/（W干-W）×100%

式中：

W湿—－湿土＋铝盒重g

W干—－干士＋铝盒重g

W—－铝盒重g

体积含水量％＝重量含水量％×土壤容重（g/cm3）

（2）子仪法

参观中子仪的使用方法

（3）负压计法

参观负压计（张力计）的使用方法

（4）时域反射仪法

参观时域反射仪（TDR）的使用方法

2.7土壤孔隙度及容重的测定

仪器设备：

200cm3环刀（高5.2cm，半径3.5cm）或其他规格的环刀、天平（感量0.0lg及0.lg）、小刀、铁锹、烘箱、铝盒、瓷盘、滤纸等。

测定步骤：

选定代表性测定地点，挖掘土壤剖面，根据剖面发生层次或机械分层，用环刀采取土样，每层土壤应不少于三个重复。

采样过程中必须保持环刀内土壤结构不受破坏，注意环刀内不要有石块或粗根侵入。

待取出环刀后，用锋利的削刀切去环刀两端多余的土，使环刀内的土壤体积与环刀容积相等，最后将环刀两端用盖子盖好，分别放入塑料袋内并写好标签，带回室内备用。

在室内将环刀的上、下盖取下，一端换上带网孔并垫有滤纸的底盖，并将该端放人盛薄层水的瓷盘中，盘内水深保持在2～3mm之间，放置8～12h或更长时间。

至环刀上部的滤纸湿润后从磁盘中取出环刀，擦干环刀外的水分并立即称重W1。

称重后将此环刀连同湿土放水中浸泡，水面高度至环刀上沿，浸泡3-4小时以环刀上面的滤纸充分湿润为止，此时重新擦干环刀外面的水分称重W2,然后将环刀连同土样一起放在105℃的烘箱中烘至恒重W3

结果计算:

毛管孔隙度％＝（W1-W3）/V×100

             总孔隙度％＝（W2-W3）/V×100

非毛管孔隙度＝总孔隙度－毛管孔隙度

土壤的容重=（W3-环刀重）/v

             式中V—－环刀容积cm3

2.8土壤饱和导水率的测定

  土壤饱和导水率是指当土壤被水分充分饱和后，在单位水头作用下单位时间单位面积上渗透的水量。

仪器设备：

环刀、（200cm3、Φ7.ocm,高5.2cm。

）、量筒（100及50ml）、烧怀（100ml）、漏斗、漏斗架、秒表等。

测定步骤：

在室外用环刀取原状土，取样方法与容重测定相同。

在室内将环刀下端换上有网孔且垫有滤纸的底盖并将该端浸入水中，同时注意水面不要超过环刀上沿至土壤充分饱和为止。

一般砂土浸1～6h，壤土浸8～12h，粘土浸24h。

然后将环刀取出，在上端套上一个空环刀，接口处用胶布封好，再用熔蜡粘合，严防从接口处漏水，然后将结合的环刀放在漏斗上，架上漏斗架，漏斗下面承接有烧杯。

在上面的空环刀中保持恒定水头5cm。

加水后从漏斗滴下第一滴水时开始计时，测定单位时间内渗入烧杯中的水量，测定到在单位时间内渗出水量相等时为止,即达到稳渗时为止。

结果计算：

饱和渗透速度V

V（mm／min）＝10Qn/STn

式中Qn—－为达到稳渗时单位时间内渗出的水量ml

S—－为环刀的面积cm2

Tn—－为单位时间min

   饱和导水率Ks=V×L/（h+L）

式中L—－为土层的厚度（即环刀的高度）cm

  h—－为土层上水头高cm

2.9蒸发散量的测定

快速称重法：

将林木枝条（包括叶片）剪下，立即用1/1000精度的天平称重，然后将枝条挂回原处，经过一段时间后重新称重。

两次称重的重量差就是该时段内的蒸散量。

单位时间内枝条减少的重量，就是蒸腾强度，然后求得单位林地面积上叶片总重量，最后推算每个林分所在地的蒸腾量。

3实习地点

实习地点选择在北京市房山区张坊水文站，延庆水土保持试验站，怀柔水土保持试验站。

在张坊水文站主要进行水文实习，包括降雨观测、水位观测、流量测定、浮标法测流等

在延庆水土保持试验站和怀柔水土保持试验站主要参观坡面径流场以及小流域量水堰，参观各种水位计、泥沙取样器。

条件许可时在水土保持试验站进行土壤水分、容重、孔隙度、饱和导水率的测定，以及蒸发散的测定。

4实习注意事项

◆尊重指导教师，服从教师安排

◆爱护观测仪器，损坏照价赔偿

◆严禁在路边、崖边、水边等危险地段嬉戏打闹，严禁攀岩等危险行为，如不遵守，后果自负。

◆爱护花草树木，保护环境，禁止乱扔垃圾

◆不得无故缺勤。

◆实习结束后撰写实习报告