水环境要素野外观测和采样方法文档格式.docx

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人工测量与自记水位计相比，一是测量精度差，一般为±

5mm，但是其偶然误差较小，比较可靠；

二是把地下水位的连续变化离散化了，在两次测量间距较长时，给分析地下水位的动态变化造成困难。

潜水水位观测井打好后，需测定观测井所在位置的地面高程和地面以上部分井管的高度，每次观测时只测量井管上沿到潜水水面的距离，然后减去地面以上部分井管的高度，即潜水的埋深。

根据测井的地面高程也可转换成潜水水面的高程。

②自动观测方法

自动观测随着技术的发展，已经由早期的机械式的自动记录方式发展到现在的数字式记录。

早期的自记水位计是利用时钟齿轮带动记录纸转动，用浮筒跟踪地下水位变化又带动记录笔在记录纸下留下轨迹。

在正常运动情况下，只要标好起始位置，一个月换一次记录纸。

但在实际运动中，机械故障或人为干扰都会影响处记水位的正常运转。

因此，在使用自记水位计监测地下水的情况下，也需要经常到现场去维护和检查。

自动记录的允许偏差为1mm。

目前地下水位的观测可以使用数字水位仪进行自动观测。

数字水位仪探头通过不锈钢线缆悬挂在测井里，其外部由不锈钢材质制成，完全密封，可免受潮湿或外部电流的影响；

内部安装有压力传感器、数据存储器（LOGGER）和电池，通过压力变化来测量水位，分辨率可达到毫米级，可进行连续观测，也可自行设置检测频率，自动完成对大气压力的补偿，记录的数据可直接查看、下载或转换为电子表格。

测量数据与潜水的埋深或潜水水面高程的转换方法与人工测量相同。

6.3农田灌溉量的观测

6.3.1定义

灌溉是农田生态系统重要的水文物理过程，是影响农田生态系统水分循环的重要因素。

农田灌溉量是为满足农作物生长的需要，人工向农田输入的水量。

灌水量大小及灌水频率依作物类型、降雨大小与频次、地下水水位埋深及水质、土壤质地、土壤含水量及土壤盐碱化程度等确定。

6.3.2观测场地和设施

农田灌溉量的观测在农田生态系统内长期观测和采样地内实施，根据不同的灌溉方式和不同的测定方法，测定灌溉量所需的仪器设备各有不同，详见观测方法的说明。

6.3.3观测频度

每次灌溉时均测。

6.3.4观测方法

灌溉量的测定根据具体情况可采用容器量水法、浮标量水法、三角形量水堰量水法、放水管量水法、角尺量水法、水表量水法等方法进行测定。

①容器量水法

根据容器体积和流满该容器需要的时间来计算灌水流量，此法适用于流量小而出水比较稳定的水源。

其测定步骤如下：

准确量算出圆形水桶的直径和高度，或者根据水桶盛装的净水量和该水温下

水的密度，计算出所使用水桶的体积（m3）；

用秒表准确测量出（3-5次重复的平均）灌满该水桶所用的时间（s）；

则灌水流量（m3/s）为容器体积和流满该容器时间的比值。

每次的灌溉水量就是灌溉时间与该流量的乘积，年灌溉水量则为每次的灌溉量之和。

②水表量水法

在出水口安装水表，根据灌水始末水表的读数就可求得每次的灌水量。

此法适合有水泵设施的井、渠。

③三角形量水堰量水法

按过堰水深确定过堰流量，适用于下游水面低于堰顶的渠道。

在农田入口的渠道上安装一顶角为直角的三角形量水堰，在堰的内侧安装水尺，使水尺的零点正好处在渠道的地平面上；

每次测量时，从水尺上读出过堰水深H，根据水尺的刻度，查下表（或依据经验公式Q=1.365H2.48；

若为120度三角形量水堰，则Q=2.45H2.5）即可得出流过水堰的流量Q。

每次灌水的测量次数和频率依水流的稳定性而定。

水流稳定时，测流间隔可适当加长。

由于野外台站的灌溉试验地面积一般不是很大（约几十亩至上百亩），每次灌水的时间不会很长，建议开始时采用高密度（1次/10-20min）的流量测量，以积累试验数据，待理想的监测频率确定后，再按此频率监测。

由于灌水多采用水泵抽水，水泵因维护及使用寿命状况、柴油质量的不同，流量会有所差异，所以每年均应做两次高密度的灌水流量监测，以及时调整合理的监测密度。

年灌溉水量为每次的灌溉量之和。

直角三角形量水堰过堰流量查算表（L/s）

H（cm）

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

5

0.9

1.1

28

58.0

59

60

61

62

6

1.3

1.4

1.5

1.7

29

64

65

66

67

68

7

1.8

2.0

2.1

2.2

2.4

30

69

70

72

73

74

8

2.5

2.7

2.8

3.0

3.1

31

75

76

78

79

80

9

3.3

3.6

3.8

4.0

4.2

32

82

83

84

85

86

10

4.5

4.7

4.9

5.1

5.3

33

88

90

91

100

11

5.6

5.8

6.1

6.4

6.7

34

94

96

97

99

107

12

7.0

7.3

7.6

7.9

8.2

35

101

103

104

106

115

13

8.5

8.8

9.2

9.5

9.9

36

109

110

112

113

123

14

37

117

118

120

121

131

15

38

125

126

128

130

140

16

39

133

135

136

138

149

17

18

19

40

142

143

145

147

158

20

21

41

151

153

155

156

168

22

23

24

42

160

162

164

166

178

25

26

27

43

170

172

174

176

188

44

180

182

184

186

199

45

190

193

195

197

210

46

201

204

206

208

221

47

212

215

217

219

233

48

223

225

228

230

245

49

50

51

52

235

238

240

243

53

54

55

56

57

248

注:

标有H的列为过堰水深的整数部分（5-50cm），行为过堰水深的小数（十分位）部分（0.0,0.2,0.4,0.6,0.8cm），过堰水深整数、小数行列的交叉处即为查算的流量。

未列出的过堰水深的流量可根据内插法求得。

6.4土壤水分特征参数的采样和观测

6.4.1定义

表明土壤水分对植物的有效程度、土壤持水能力以及土壤水分流动性的特征值，称为土壤水分特征参数，在CERN监测中，主要监测包括土壤完全持水量（饱和含水量）、土壤田间持水量、土壤凋萎系数、土壤容重、土壤空隙度、土壤水分特征曲线等参数，土壤水分特征参数是衡量土壤水分对植物供应及可利用程度的标准和研究植物有效利用水分的重要依据。

6.4.2观测场地和设施

与土壤水分含量的观测场地一致。

具体观测设施参考观测方法说明。

6.4.3观测频度

气象站土壤水分特征参数仅观测一次，作为基础资料保存。

农田生态系统长期观测采样地内的土壤水分特征参数每5年观测一次

6.4.4观测方法

具体观测和采样方法参考中国标准出版社出版的《水环境要素观测与分析》或相关标准。

6.5农田蒸散量的观测

6.5.1定义

农田蒸发量泛指农田中土壤蒸发量和植物蒸腾量之和，亦称农田蒸散量。

自然界的蒸发过程是发生在地气界面上的液汽转化过程，因此它的测定既可以在液相里进行，即测定液态水分损耗的速率，又可以在汽相里进行，即测定大气净得的水气速率（又泛称为水气传送测量）。

农田生态系统监测的农田蒸散量是指在农田生态系统综合观测场观测获得的蒸散量

对于农田生态系统综合观测场农田蒸散量的长期监测，采用农田水量平衡法测定。

6.5.2观测长期和观测频度

在农田生态系统内长期观测采样地内实施观测。

由于采样水量平衡方法获取农田蒸散量，观测频度与土壤含水量的观测频度一致。

6.5.3观测方法

采样水量平衡方法，利用大田水量平衡方程，通过测定土壤水分变化量，计算农田蒸发量。

①大田水量平衡方程为：

P+I+Q1+Eg=Pa+R+Q2+Ig+E

△W

式中P：

降水量，mm；

Eg：

地下水对土壤水的毛管上升补给量，mm；

Pa：

降水入渗补给地下水量，mm；

I：

灌溉水量，mm；

Q1，Q2：

土壤中流入、流出量，mm；

R—地表径流量，mm；

Ig：

灌溉回归补给地下水量，mm；

E：

农田实际蒸发量，mm；

△W—包气带土壤水分变化量，mm。

在平原地区，一般情况下可假定Q1=Q2（因为水分交换以垂直为主），则平衡方程可以写成：

P+I+Eg=Pa+R+E+Ig+E

在无灌溉和降水的时段里，上式又可简化为：

E=Eg

②水量平衡方程中各要素的计算

a）降水量

降水量按气象观测规定测量。

由于降水量P的测定是分时段进行的，所以也按时段计算，即：

P1=

式中：

△T：

计算时段，d；

Pi：

计算时段内第I天的降水量，mm；

Pt：

计算时段内的降水量，mm。

例如，△T=5天，则将5天内的降水量相加作为该时段的降水量，但如果在第5天的降水量大于30mm，则应考虑入渗的滞后影响，根据计算结果分析，一般应采用0.8的滞流系数将降水滞留量移到下一个时段作为下一个时段的降水量，而本时段内只考虑20%的降水量参加计算，这是由于大降雨时入渗速度小于降雨补给速度而产生滞后作用的影响。

b）灌溉水量和回归补给量

灌溉水量按上节灌水量测量方法测定。

灌溉水量一部分直接参加蒸发，另一部分则入渗到土壤层，参加土壤水分运动。

当土壤水分大于田间持水量时，则产生重力水回归补给地下水。

即：

I=Ie+Iq+Ig

Ie：

灌溉过程中直接参加蒸发的水量，mm；

Iq：

补充土壤水分量，mm；

回归补给地下水分量，mm。

补充土壤水分量Iq的大小可用土层实际缺水量△M控制，即：

Iq=△M

而对于Ie，由于在灌溉过程中受到作物冠层郁闭度的影响，其量很小，在计算中可暂不予考虑，则回归补给地下水量Iq即为：

土层实际缺水量△M的确定可用下面的关系，即土壤包气带层的蓄水能力可以近似地看作为一个地下蓄水库。

从作物用水与土壤水的性质看，不是所有形式的土壤水分都能被作物所吸收，而是只有土壤中的有效水分才能被作物所吸收。

所谓有效水分，一般是指田间持水量与萎蔫系数之间的土壤含水量，而最有效的部分是田间持水量到毛管破裂点之间的水分含量。

另外，当土壤中水分含量大于田间持水量时，便产生重力水下渗补给地下水，所以，通常把田间持水量作为一个判定指标，低于该指标则认为土层是缺水的。

缺水量的大小可依下式计算：

△M=

h×

[Wf（h）-Wө（h）]dh

Wө（h）=

[өT（h）+өB（h）]×

Z×

ΔM—土层实际缺水量，mm；

Wf（h）—田间持水量，mm；

Wө（h）—第n层的实际土壤含水量，mm；

Өr（h）,ӨB（h）—第h层顶、底实测土壤含水量（质量分数）；

Z—第h层的厚度，mm；

—土壤容重，g·

cm-3。

c）土层蓄水变量

土层蓄水变量指计算时段末与时段初的土层蓄水量差值，即：

△W=WT-1—WT=△MT—△MT+1

上式中WT-1，WT为时段末\初的土壤蓄水量,其他符号含义同前。

上式中当△MT+1>

△MT时,△W为负值,说明土壤水分处于消耗状态；

反之,若△W为正值,说明土壤水分是增加的。

由于土层缺水量的计算是以田间持水量为判别标准,所以可以认为土壤水分的消耗就是农田蒸发的结果。

d）地下水上升补给量

地下水上升补给量是地下水通过毛管带上升补给土壤层水分的结果，它的大小取决于十水位埋深、土壤水分含量及毛管带上升高度等因素．经验计算公式为：

E８＝E０×

（１－

）×

n

E８:

地下水上升补给量，mm·

d-1；

H,H0:

地下水位埋深和上升补给为零时的极限埋深，m。

E０:

水面蒸发力，mm·

d-1;

n:

指数因子，受气候，水文地质条件的影响。

E８还可以通过地下水位动态资料推求和利用仪器（如Ｌysimetet）直接测定。

e）地表径流

试验田地表径流的观测，一般采用径流场实测法，即在一定的面积上保持边界的封闭条件，在场出口处直接测量每次降雨所产生的径流及径流过程。

f）降雨入渗补给地下水量

根据试验地区的地下水动态长期资料与降水量作相关分析，求得入渗补给量的回归方程。

地下水埋深≤1.5m时；

Pa=a×

（p+pd）+b

地下水埋深>

1.5m时：

Pa=０.334×

（P+Pd）-5.925

Ｐa:

降雨入渗补给地下水量，mm；

Ｐ:

a,b:

回归系数；

Ｐd:

为前期影响雨量，mm。

而

Ｐd（t）=K×

Pt-1+K2×

Pt-1＋…………＋Ｋn×

Pt-n

式中Ｋ为常数，一般取Ｋ＝0.85～0.95,P（t-n）为计算日前一天直到几天的降水量，一般取n＝10。

在以上各平衡分量分别计算和测定出以后，农田实际蒸发量E即可计算出。

6.6水面蒸发量的观测

6.6.1定义

水由液态或固态转变成汽态，逸入大气中的过程称为蒸发。

水面蒸发是指江河、湖泊、水库、沟塘等大小水体表面的水分子，在动能作用下由液态转为气态逸出水面的过程，是从液面逸出的分子与凝结返回（转变液态）的分子通量之差。

通过观测一定面积的水面在一段时间间隔内因蒸发减少的水层深度来确定蒸发量大小，单位为毫米。

水面蒸发量的观测是通过标准的E601蒸发皿来进行。

6.6.2观测场地和设备

水面蒸发量在气象站E601蒸发皿上观测。

主要观测设备包括蒸发桶、水圈、溢流桶和测针四部分组成。

自动观测系统则还包括传感器、数据采集器和辅助电源设备等。

6.6.3观测频度

每天08时，20时记录一天的观测结果，以当天08时的结果减去20时的结果作为白天的蒸发量，以前一天20时的结果减去第二天08的结果作为夜间的蒸发量（如为负则表示为凝结量）。

冬季水面封冻，则停测。

6.6.4观测方法

分人工观测和自动观测两种。

每日08时，20时进行观测。

观测时先调整测针针尖与水面恰好相接，然后从游标尺上读出水面高度。

读数方法：

通过游尺零线所对标尺的刻度，即可读出整数；

再从游尺刻度线上找出一根与标尺上某一刻度线相吻合的刻度线，游尺上这根刻度线的数字，就是小数读数。

如果由于调整过度，使针尖伸入到水面之下，此时必须将针尖退出水面，重新调好后始能读数。

蒸发量=前一次水面高度+降水量（以雨量器观测值为准）-测量时水面高度

观测后应即调整蒸发桶内的水面高度，水面如低（高）于水面指示针尖一厘米时，则需加（汲）水，使水面恰与针尖齐平。

每次加水或汲水后，均应用测针测量器中水面高度值，记入观测簿次日的蒸发“原量”栏，作为下次观测器内水面高度的起算点。

如因降水，蒸发器内有水流入溢流桶时，应测出其量（使用量尺或3000平方厘米口面积的专用量杯；

如使用其它量杯或台秤，则须换算成相当于3000平方厘米口面积的量值），并从蒸发量中减去此值。

遇测针损坏又无备件时，可用量杯量入或量出一定水量，使水面与指示针尖齐平，再根据量入或量出的水量换算成蒸发量。

冬季结冰期很短或偶尔结冰的地区，结冰时可停止观测，在该日蒸发量栏记“B”；

待某日结冰融化后，测出停测以来的蒸发总量，记在该日蒸发量栏内。

冬季结冰期较长的地区，整个结冰期停止观测，应将器内的水汲净，以免冻坏蒸发器。

自动观测方法可以参考自动观测系统使用说明。

6.6.5蒸发皿的维护

（1）蒸发用水的要求：

就尽可能用代表当地自然水体（江、河、湖）的水。

在取自然水有困难的地区，也可使用饮用水（井水、自来水）。

器内水要保持清洁，水面无漂浮物，水中无小虫及悬浮污物，无青笞，水色无显著改变。

如不合此要求时，就及时换水。

蒸发器换水时，换入水的温度应与原有水的温度相接近。

要经常清除掉入器内的蛙、虫、杂物。

（2）蒸发器及其附属用具均应妥善使用。

（3）每年在封冻前后（长期稳定封冻的地区，在开始使用前和停止使用后），应各检查一次蒸发器的渗漏情况和防锈层或白漆是否有脱落现象；

如果发现问题，应进行添补或重新涂刷。

（4）应定期检查蒸发器的安置情况，如发现高度不准、不水平等，要及时予以纠正。

6.7水样采样规程和分析方法

根依据不同目的制定合理的水样采样计划，明确目标，确定取样及保存方法，是保证监测结果能正确地反映被监测对象特性的重要保证。

第一步要保证能取得具有代表性的水样，在水样采集之前，应根据被监测对象的特征拟定水样采集计划，确定采集地点、采集时间、水样数量和采样方法，并根据监测项目决定水样保存方法。

力求做到所采集水样的组成成分的比例或浓度与被监测对象的所有成分一样，并在测试工作开展以前，各成分不发生显著的改变。

各种水样的总的采样具体步骤大致如下：

（1）准备采样瓶

采样时要根据采样计划小心采集水样，使水样在采集过程到进行分析之前既不变质也不能受到污染。

要准备足够数量、质量可靠、容量合适的采样瓶（要求有内塞）。

水样瓶使用前，要先用蒸馏水洗两三遍，或根据监测项目的具体要求特别清洗采样瓶。

（2）准备采样记录纸

根据采集水样种类、数量，分别准备不同的记录用纸，制定同一个格式。

（3）做好记录

依据采集水样种类不同，预先做好同一编号计划。

在记录纸（本）上，对采集到的每一个水样要做好记录，记录样品编号、采样日期、地点、时间及其他相关情报和采样人员姓名。

（4）采集水样

根据不同采样目的，采用不同容器采集水样，先在每一个水样瓶上贴好标签，标明样品标号、时间等。

采样前先用被监测水体洗两三遍，然后将水样装满容器，注意一定尽量保证容器没有空气。

（5）保存水样

依据不同目的，采用不同方法保存水样。

一般水化学及稳定同位素采样的要求常温保存，避免高温或低温情况（防止结冰）。

（6）运送水样

做好包装防止挤压，保护好容器。

运送过程中，避免高温或低温情况（防止结冰）等。

一般说来，水样采集和分析之间