水文的实习报告.docx
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水文的实习报告.docx
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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=fvf
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
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