水文的实习报告

水文的实习报告

导语：水文，指自然界中水的变化、运动等的各种现象。现在一般指研究自然界水的时空分布、变化规律的一门学科。它的词意是词义：指研究自然界水的时空分布、变化规律的一门边缘学科。“文”作自然界的现象讲，如“天文”。

一、实习时间：XX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，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，直径到，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水深处。通常在水深小于时以水深处代表平均流速，当水深大于时取和水深处流速的均值。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/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=

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：

草地下渗1cm所需时间：

林地下渗1cm所需时间：

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。

(一)河流水文观测

衡量和表示河流水文变化情况的因素，一般包括水位、流速、流量、水温、泥沙和水化学。通过上述因素的观测得到的数据，能定量表示河流水情变化的基本特征。

1.水位观测

水位观测是河流水文实习的重要内容。观测所得的基础资料可直接应用于水利工程建设，如防汛、给水、灌溉、排水等建筑物的设计，通过水面比降的调查测量，还可以根据水位流量关系推测流量。

(1)水位观测断面的布设。一般河道的水位观测应尽量选择河道顺直、稳定、水流集中,便于布设测验设施的河段。基本水尺断面一般设在测验河段的中央,大致垂直于流向或直接平行于测流断面。若河段内有固定分流,流量超过总流量的20%,且两者之间没有稳定的关系时,一般应分别设立水尺断面。堪闸和水库的观测河段,一般选在建筑物的下游,避开水流紊动影响的地方。水库和湖泊的水位观测点,应选在岸坡稳定、水位有代表性、便于观测和建立测验设备的地方。

(2)水位观测设备及布置。

实践中简便办法多采用水尺和自记水位计观测水位。水尺多用坚硬平直的木板条或用搪瓷铁片制成，并画出间距为2厘米(或1厘米)的刻度，标出米、厘米数。沿江河一带布

设基面，多由木桩和水泥墩固定建成，基面保证最高水位和最低水位都可测到。如图3-1所示。图4-1 水尺的设立。

(3)水位观测的内容和方法。每次观测水位时，将水尺直立在基面上(木桩或水泥墩)，读出水尺读数，水位值等于水尺读数与基面高程之和，即

水位=水尺读数+基面高程

在冬、春平水位时，于每日08时、20时观测水尺两次;夏、秋季节，于每日02、08、14、20时观测四次;在洪水涨落过程中，观测次数增多，甚至半小时观测一次。

自记水位计由浮筒、传递和自记钟3部分组成，在一昼夜内连续纪录(在自记纸上)水位随时间变化过程曲线。每日定时取换下来的自记纸，所纪录的水位过程线，要用水尺观读数据进行校核，保证数据准确。

2.流速测验和资料统计

流速是指单位时间(秒)内河水质点所流动的距离(米)，单位为米/秒。流速是表示河水运动快慢的一个重要指标。影响流速的因素很多，主要是河水量的多少，其次同河流比降、河道弯曲、水草多少等因素也有密切关系。因此断面上应均匀分布流速垂线，流速垂线上又应沿水深均匀分布测点，才能正确的掌握断面上流速分布的规律。选择流速垂线时可以参考下列规定(见表六)。

表1 流速垂线数目

河宽(m)

50--100

100--300

300--1000

1000以上

垂线数

10--15

15--20

20--30

30--40

流速垂线上测点的分布以能算出正确的垂线平均流速为原则，所以测点位置和数目的选择应根据不同的水深、测验目的、精度要求等，通过实验有把握的加以确定。选取时，可参考下列规定。

表2 垂线测点的分布

垂线水深h(m)

设点方法

测点深度

h

2点法

h 、 h

3点法

h 、 h 、 h

h>3

5点法

水面、 h 、 h 、 h、河底

测定流速的方法很多，一般采用浮标测速法和旋杯式流速仪测速两种方法。

(1)浮标测速法测速原理与方法

首先要选择顺直河段，河底变化比较小，布设测速断面(中断面)和上、下断面。上断面到中断面的距离，同下断面到中断面的距离最好等长。

浮标用木、竹、草捆、泡沫块等漂浮物制成。上断面是投放浮标涌，记录浮标通过中断面的位置和到达下断面所用的时间t秒，浮标流速就是上、下断面的距离(l)与所用时间(t)之比，如下式：

vf(浮标速度)=l/t(米/秒)

浮标所测流速为水面流速，一般比断面平均流速为大，所以使用时要乘上一个浮标系数，一般为(即f=)。因此，实际流速v为：v=f vf

经过实际测算，填写下表：

时间地点

断面一

断面二

断面三

断面四

t1

t2

t3

t4

表七

由l1=________ l2=___________

l3=________ l4=____________

得v1=_______ v2=________

v3=________ v4=________

(2)旋杯式流速仪测速原理和方法

使用旋杯式流速仪(见图3-2)测流时,将流速仪放在水下预定的测点上,并使旋杯对着来水的方向,水流冲击旋杯,使旋杯发生转动,旋杯转动又带动直立的旋轴转动。旋轴的截面呈卵形,轴旁有固定电丝与电源接通。每当旋杯转1周(或5周、20周),卵形的尖端便使旋轴与电丝接触一次,电路上的灯泡(或电铃、蜂鸣器)即亮(或响)一次。根据灯泡闪亮(或电铃、蜂鸣器发出声响)的次数,即可知旋杯转动的周数。

显然流速越大，旋杯转动越快，单位时间内转数越多。在中等流速的条件下，水流速度v与单位时间内旋杯转数r/s

成线性关系即：

v =ar/s+b

式中s一一旋杯转动时间(秒);

r-一旋杯在s秒内的转数;

垂线平均流速计算方法如下：

5点法：v=(++++)/10

3点法 v=(++)/4

或 v=(++)/3

2点法 v=(+)/2

1点法 v=

或 v= k1=—

3.流量测量方法与原理

流量是指单位时间内流过河道过水断面的水量，是河流的重要水文特征之一。一般流量以米3/秒来表示。

河流中的水位与流量有着密切的关系，不同的水位有着不同的流量，是正相关的关系。如果以水位为纵坐标，流量为横坐标，把流量与相应水位点在直角坐标纸上，当测量资料足够长的条件下，便可得到一条抛物线型的水位—流量关系曲线。利用这条水位—流量的相关曲线，通过容易测到的水位值，可以推算出不容易测量的流量值，尤其洪峰流量瞬时v通过时，这条关系线更有实际意义。

目前国内外测量流量的方法很多，实习中主要应用流速

面积法进行测量。计算流量公式如下：

q=av

式中q为流量(米3/秒)，a为过水断面(米2);v为全过水断面平均流速(米/秒)。

其中过水断面的测量包括水深测量、测深垂线起点距测量与测深断面水位的观测。在中、小河上测量水深多用测深杆、测深锤、测深铅鱼v等;大河多用回声测深仪。回声测深仪是利用超声波从放射器到河底,再由河底反射回到收音器,由其所经历的时间和超声波在水中传播的速度来计算河水的深度。

断面部分面积计算方法为：

部分面积是指测速垂线间的部分断面面积。

〈l〉面积间没有测深垂线时,则部分面积等于两边垂线水深的平均值和其间距的乘积

式中：

f1、f2