第二章小流域水土保持監(jiān)測常規(guī)監(jiān)測技術(shù)第一節(jié)地面觀測一、概述地面觀測是水土保持的重要手段，無論在探索水土流失規(guī)律，或是水土保持綜合治理與生態(tài)環(huán)境建設(shè)，都要以地面觀測結(jié)果為依據(jù)。本節(jié)將重點(diǎn)討論小流域監(jiān)測中常用的地面觀測技術(shù)。地面觀測的目的，是控制水土流失，恢復(fù)和重建生態(tài)環(huán)境，合理利用水土資源，促進(jìn)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展，因而地面觀測必須科學(xué)求實(shí)，堅(jiān)持理論來源于實(shí)踐、服務(wù)于實(shí)踐，并在實(shí)踐中檢查和發(fā)展的方針，促進(jìn)水土保持學(xué)科健康、快速發(fā)展。（一）地面觀測的特點(diǎn)與要求地面觀測的特點(diǎn)地面觀測受多種自然因素和人為因素影響，導(dǎo)致地面觀測具有復(fù)雜性、長期性和綜合性的特點(diǎn)。（1）復(fù)雜性就土壤侵蝕而言，影響因素有氣候、土壤、地形、植被和土地利用（人為活動）五個(gè)主要方面，各因素在同一地區(qū)內(nèi)的變化大且十分復(fù)雜；在不同區(qū)域內(nèi)，各因素的作用主次位置及交互作用、作用過程表現(xiàn)不同。就水土保持而言，針對不同的侵蝕營力必然有不同的水土保持措施及組合。因而，觀測研究顯得復(fù)雜、多樣，有必要對其作具體的客觀分析，選擇主要因素，在典型區(qū)段進(jìn)行觀測研究。（2）長期性土壤侵蝕屬隨機(jī)的自然現(xiàn)象，加上人為影響，在一年內(nèi)和年際間會有很大的變化。這種變化既表現(xiàn)在侵蝕要素本身，如暴雨的有無、暴雨強(qiáng)度的大小及分布，還表現(xiàn)為各要素間的作用的變化，如裸露松散的土壤，在干旱時(shí)風(fēng)蝕強(qiáng)烈，而在濕潤時(shí)風(fēng)蝕強(qiáng)度大大降低。就氣候而言，它的變化周期一般為五六十年，短周期也需二三十年。因而，水土保持地面觀測沒有長系列的觀測資料，就難以反映客觀實(shí)際。再從統(tǒng)計(jì)學(xué)要求來看，只有大樣本才接近總體，才能得出統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而短期觀測所得的小樣本，有時(shí)會導(dǎo)致錯誤的發(fā)生。（3）綜合性與艱苦性水土保持地面觀測受觀測設(shè)計(jì)的影響，還受周圍環(huán)境的影響，盡管觀測設(shè)計(jì)多為單因子試驗(yàn)，需知試驗(yàn)條件也在緩慢的變化。如標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)設(shè)置，每次的產(chǎn)流產(chǎn)沙都會影響地表微起伏的變化，甚至坡度的變化；其它如土壤水分特征、土壤質(zhì)量環(huán)境也都會發(fā)生變化，要保持設(shè)計(jì)要求，需要綜合分析，予以調(diào)整或修正。周圍環(huán)境的變化呈顯性變化，人們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)，呈隱性變化，人們難以覺察。如植被覆蓋變化呈顯性變化，而植物根系的生長變化難以看出。另外，人畜（鳥獸）的侵入破壞也如此。水土保持觀測多在野外條件差的地方進(jìn)行，風(fēng)、雨、雷、電及其它自然災(zāi)害時(shí)有出現(xiàn)，甚至有人為破壞。為了觀測侵蝕輸移過程，有時(shí)飯吃不上、覺睡不成，需要有吃苦耐勞的精神準(zhǔn)備。地面試驗(yàn)觀測的基本要求（1）觀測要有代表性代表性包括環(huán)境條件和試驗(yàn)條件兩個(gè)方面。環(huán)境條件指地面觀測區(qū)的各種自然條件（氣候、土壤、地形等）要與所服務(wù)的小流域相適應(yīng)。試驗(yàn)條件是指地面觀測設(shè)施的布設(shè)、面積大小、測試方法等試驗(yàn)設(shè)計(jì)（含調(diào)查方法、路線等）要有代表性。如徑流小區(qū)面積對觀測精度的影響，在100m2面積上精度測定到0.1kg，在1hm2面積上精度相當(dāng)于100kg，在lkm2面積上精度為10000kg，因而小面積試驗(yàn)，即使精度很高，外推到較大面積上精度也會降低。（2）觀測要有合理性合理觀測是指觀測結(jié)果與試驗(yàn)所規(guī)定的任務(wù)和要解決的問題相適應(yīng)。通常不合理的觀測，是由觀測的設(shè)計(jì)和觀測條件不合理造成的，究其原因在于對需觀測的環(huán)境缺乏充分地了解，或?qū)τ^測過程不熟悉，缺乏周密細(xì)致的考慮。如單因子坡度對侵蝕影響的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，需知坡度小時(shí)，侵蝕變化不明顯（黃土區(qū)＜10°，侵蝕模數(shù)與坡度的1.03?1.10次方成正比）；坡度大時(shí)，侵蝕變化十分明顯（黃土區(qū)＞20°，侵蝕模數(shù)與坡度1.20?2.00次方成正比）。因此，小坡度試驗(yàn)的間距要大些，相反大坡度試驗(yàn)間距可小些。又如植被郁閉度的影響，當(dāng)郁閉度小時(shí)（＜0.30）或大時(shí)（＞0.80）侵蝕模數(shù)變化小，當(dāng)郁閉度居中時(shí)（0.30?0.80），侵蝕模數(shù)隨郁閉度變化明顯。其它因子也有類似的變化，都需要在設(shè)計(jì)中仔細(xì)分析適當(dāng)解決。（3）觀測的精確性無論何種觀測數(shù)據(jù)，都應(yīng)準(zhǔn)確的反映客觀實(shí)際，即試驗(yàn)與實(shí)際相適應(yīng)，這是精確試驗(yàn)；相反，為不精確試驗(yàn)，這就喪失了試驗(yàn)意義。影響試驗(yàn)觀測精確性主要有兩個(gè)方面的原因：錯誤。水土保持試驗(yàn)觀測可能出現(xiàn)的錯誤有測量錯誤、取樣錯誤、計(jì)算錯誤；在數(shù)據(jù)采集中常有漏測、錯測、誤測等。錯誤的發(fā)生多是人為不謹(jǐn)慎造成的，也有對儀器設(shè)備不了解，或測試手段方法不當(dāng)造成的，這就需加以提高、改進(jìn)。誤差。由不可預(yù)測的偶然原因（隨機(jī)原因）引起，導(dǎo)致觀測值與實(shí)際值之間的差異和每次重復(fù)觀測之間的差異，稱為誤差。一般來說，試驗(yàn)誤差是不可避免的，但它影響試驗(yàn)精度，因而從布設(shè)試驗(yàn)到觀測、分析、計(jì)算，每個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格要求、反復(fù)校正，以減小誤差。如測定土壤機(jī)械組成，僅在表層取樣，含沙量約偏低20%。（4）觀測的重演性和可比性嚴(yán)格地說，任何試驗(yàn)環(huán)境和條件相同情況下，試驗(yàn)可以重演，并能獲得相同的結(jié)果，這是試驗(yàn)的必備條件，也才能推廣應(yīng)用，獲得預(yù)期效果。水土保持試驗(yàn)觀測，試驗(yàn)條件有變化的特點(diǎn)，一方面要有充分準(zhǔn)備，盡量減少變化，以獲得重演近似結(jié)果。另一方面，從試驗(yàn)開始觀測就真實(shí)、完整的及時(shí)做出觀測記錄，分析這些變化，通過多年的重復(fù)試驗(yàn)，也可得出與重演同樣的結(jié)果。試驗(yàn)應(yīng)有可比性，一方面在試驗(yàn)中要包含比較的因素，這是最常用的；另一方面指試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)條件的一部分或全部，按一定比例縮小或放大進(jìn)行試驗(yàn)，其觀測數(shù)據(jù)與未改變的試驗(yàn)觀測值，存在一個(gè)比例關(guān)系，通過可比試驗(yàn)，仍然達(dá)到預(yù)期目的。人工模擬實(shí)驗(yàn)、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)就屬此類試驗(yàn)。（二）地面觀測的基本原理保持自然狀態(tài)的“真實(shí)性”原則截止目前，有效的水土保持研究方法還是地面觀測，其它方法均需要地面觀測來驗(yàn)正或校正。地面觀測方法的有效性來源于它的“真實(shí)性”，真實(shí)性要求在試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)條件要保持原有的自然狀態(tài)。對于水土流失規(guī)律的試驗(yàn)觀測，應(yīng)保持受侵蝕的地面自然性狀和侵蝕營力的自然性狀，前者主要是地面的坡度、坡形、坡向，土壤及土壤特性，植被或種植等，后者指降雨性質(zhì)、產(chǎn)流匯流條件及過程等，因而在修建徑流小區(qū)時(shí)要予以注意。通常對地面的“處理”，實(shí)質(zhì)是設(shè)計(jì)出典型的自然狀態(tài)，并保持于試驗(yàn)過程的始終，才能實(shí)現(xiàn)重演。保持自然狀態(tài)，要避免人為干擾的隨意性。在必需人造特殊試驗(yàn)小區(qū)時(shí)（如標(biāo)準(zhǔn)坡度小區(qū)），需建好后留有足夠的恢復(fù)期，才能進(jìn)入正式觀測使用。設(shè)置重復(fù)試驗(yàn)原則“重復(fù)”是指每一試驗(yàn)處理要有兩個(gè)以上出現(xiàn)。在徑流小區(qū)設(shè)置中，把這些互相重復(fù)的小區(qū)稱為一組小區(qū)，表示試驗(yàn)處理相同。重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)稱重復(fù)幾次。重復(fù)試驗(yàn)在設(shè)置時(shí)，要特別注意試驗(yàn)條件的一致性，即影響水土流失的主要因素要一致，管理過程和措施應(yīng)相同。水土保持措施的觀測，要求措施的規(guī)格大小、排列及組合一致，種植、管理及收獲，處理均相同。重復(fù)是提高試驗(yàn)精度和擴(kuò)大試驗(yàn)代表性的有效方法，只有大量的、反復(fù)出現(xiàn)的事物現(xiàn)象（含觀測數(shù)據(jù)），才具有必然的規(guī)律性，這正是我們測試的目的。偶然性的影響，會通過重復(fù)得到削減。在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中，均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差當(dāng)重復(fù)次數(shù)n增大，/減小從自由度f的t分布也能看出，若重復(fù)2次，自由度f為1，5%p的t值為12.706；當(dāng)重復(fù)10次，自由度f為9,55%p的t值是2.26。有了重復(fù)才能分析試驗(yàn)誤差大小，得出正確的判斷。因?yàn)樵囼?yàn)誤差是由重復(fù)各區(qū)的變異測度的，沒有重復(fù)試驗(yàn)就無法估計(jì)。對比試驗(yàn)原則水土保持試驗(yàn)觀測十分重視對比觀測，成對的試驗(yàn)觀測結(jié)果直觀、差異明顯，說服力強(qiáng)，因而在布設(shè)試驗(yàn)觀測中，無論是因子試驗(yàn)（單因子試驗(yàn)、多因子試驗(yàn)）還是綜合試驗(yàn)（集水盆或小流域試驗(yàn)、徑流或泥沙測驗(yàn)），均設(shè)置相應(yīng)的對照區(qū)（標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)、對比流域等）作對比。對比試驗(yàn)依時(shí)序劃分為橫向?qū)Ρ仍囼?yàn)和縱向?qū)Ρ仍囼?yàn)兩類。橫向?qū)Ρ仍囼?yàn)是同步試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行。如北方梯田減沙試驗(yàn)，在設(shè)置幾組梯田處理的同時(shí)，還設(shè)置相應(yīng)未修梯田的坡地試驗(yàn)處理，進(jìn)行同步觀測，觀測時(shí)間及內(nèi)容皆相同，觀測結(jié)果差異明顯，充分說明梯田的減沙效果。同樣，橫向?qū)Ρ扔糜谛×饔?，設(shè)置一個(gè)治理流域，又設(shè)置一個(gè)環(huán)境一致的未治理流域（多在附近或相鄰），進(jìn)行同步觀測?？v向?qū)Ρ仍囼?yàn)是對同一研究對象前后不同時(shí)段（縱向）進(jìn)行不同時(shí)期內(nèi)容相同的觀測對比，由觀測結(jié)果反映前后兩期的變化，結(jié)合調(diào)查找出變化的原因。如小流域治理程度的變化，在前期治理度小的情況下產(chǎn)沙多；后期經(jīng)治理提高了治理度，產(chǎn)沙量減少，分析產(chǎn)沙的變化，能夠了解治理對它的影響。有一些試驗(yàn)觀測項(xiàng)目，能在同時(shí)進(jìn)行縱向?qū)Ρ?，如土壤剖面?gòu)型的變化，它經(jīng)歷了漫長歲月，但可以調(diào)查分析不同侵蝕程度下的剖面構(gòu)型特征，來反映變化的歷程，不必要也不可能等待很長的年限得出結(jié)論。（三）地面觀測研究方法水土保持地面觀測研究方法是隨著水土保持學(xué)科的發(fā)展而逐漸形成和發(fā)展的。自從上世紀(jì)初美國建立第一個(gè)徑流實(shí)驗(yàn)小區(qū)后，水土保持地面觀測才有了特有的方法。此后，徑流小區(qū)測驗(yàn)逐步完善，并出現(xiàn)了形態(tài)測量法、測釬法等以及與其它學(xué)科相關(guān)的方法。截止目前，水土保持地面觀測研究方法正在發(fā)展和完善過程中。以下通過觀測研究方法的分類，了解它們的基本特點(diǎn)，以便在工作中應(yīng)用。按照研究方法的性質(zhì)分類地面觀測研究包含了調(diào)查研究、定位試驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)三部分。調(diào)查研究是就已有的客觀存在事實(shí)（客體）的調(diào)查分析，探索其規(guī)律的方法。定位試驗(yàn)多是在新設(shè)的條件下，觀察研究其規(guī)律。模擬實(shí)驗(yàn)是用現(xiàn)代綜合科學(xué)技術(shù)，仿照自然環(huán)境研究規(guī)律的方法。這三類方法在水土保持中的應(yīng)用，就形成了以下的分類：（1）水文測驗(yàn)法水文測驗(yàn)法是利用觀測各種水文要素，分析計(jì)算和評價(jià)水土流失與水土保持的方法。水文測驗(yàn)要建立觀測場、觀測站，測定水位、流量、流速、泥沙、降水、蒸發(fā)及泥沙、水質(zhì)分析等內(nèi)容，結(jié)合下墊面調(diào)查，掌握水沙變化及影響因素，為水土保持工作服務(wù)。水文測驗(yàn)法還可進(jìn)一步分為徑流觀測、淤積測定、溶蝕分析等方法。（2）地貌調(diào)查測定法土壤侵蝕在本質(zhì)上是地質(zhì)作用的方式之一，它導(dǎo)致地表形態(tài)發(fā)生變化，因而，通過地貌形態(tài)（侵蝕形態(tài)和堆積形態(tài)）的調(diào)查和測定，就可了解水土流失的歷史和現(xiàn)狀。地貌調(diào)查和測量的內(nèi)容隨研究目的而有所不同，當(dāng)研究侵蝕強(qiáng)度時(shí)，調(diào)查與測量地表起伏、裂點(diǎn)遷移、溝谷形態(tài)、密度與面積，及堆積物類型、數(shù)量是不可少的。若要研究侵蝕類型，則要調(diào)查地貌形態(tài)及組合、分布，分析地貌的演變、結(jié)構(gòu)特征，可以了解歷史侵蝕變化。常用的地貌學(xué)方法有：侵蝕溝測量法、形態(tài)測量法、相關(guān)沉積法和古地理古地貌分析法、測針法、立體攝影法等。（3）土壤學(xué)方法土壤（含母質(zhì)）是固、液、氣構(gòu)成的三相體系，它受水、風(fēng)、重力等外營力作用后，除發(fā)生破壞位移外，還在三相體系內(nèi)發(fā)生變化。通過剖面觀測及實(shí)驗(yàn)分析，探索它與侵蝕的關(guān)系，就構(gòu)成土壤學(xué)研究方法的理論基礎(chǔ)。該法從貝內(nèi)特（Bennet，1926）提出到現(xiàn)在主要集中在土壤剖面構(gòu)型（含古土壤分析）、土壤理化性質(zhì)、土壤水理性質(zhì)幾個(gè)方面，結(jié)合侵蝕營力及地形變化，探尋侵蝕變化規(guī)律及對生產(chǎn)力的影響。（4）新技術(shù)應(yīng)用土壤侵蝕研究的深化和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，也帶來了研究方法的變化。應(yīng)用現(xiàn)代高新技術(shù)實(shí)施宏觀的土壤侵蝕類型劃分、動態(tài)監(jiān)測，和微觀的機(jī)理分析已成為可能。目前應(yīng)用最多的有遙感監(jiān)測技術(shù)（含航片判讀）、13Cs法、REE示蹤元素法、電鏡分析法、模擬實(shí)驗(yàn)法等。（5）實(shí)用技術(shù)應(yīng)用實(shí)用技術(shù)應(yīng)用包括了現(xiàn)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、環(huán)境保護(hù)、水土工程、沙產(chǎn)業(yè)等學(xué)科的技術(shù)方法，多用于水土保持措施的配置和效果的觀測分析中，如水墜壩、沙塵暴預(yù)報(bào)；少部分用于機(jī)理分析，如抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度測定等。按侵蝕營力分類（1）水蝕觀測是由降雨和徑流能量產(chǎn)生侵蝕的觀測方法。它包括面蝕觀測和溝蝕觀測兩類，進(jìn)一步可分為濺蝕觀測，薄層水蝕觀測和細(xì)溝、切溝、沖溝、干溝、河溝的溯源侵蝕、下切侵蝕及兩岸側(cè)蝕。由于侵蝕能量大小直接決定侵蝕效果，所以水蝕觀測中特別強(qiáng)調(diào)暴雨侵蝕及洪流侵蝕的觀測。此外還包含了溶蝕和潛蝕。（2）泥石流及重力侵蝕觀測重力侵蝕有撒落、崩塌和滑坡三類，各類的形成、發(fā)育及影響因素和侵蝕危害差異較大，因而形成不同的觀測方法。泥石流主要是由水流和重力兩種營力作用形成的，因而歸為混合侵蝕。撒落、崩塌、滑坡、泥石流等四種侵蝕中，水的作用愈向后愈強(qiáng)；相反，愈向前重力作用愈強(qiáng)。因而，它們既有區(qū)別又相聯(lián)系。地質(zhì)作用對這類侵蝕影響明顯，它包括巖石性質(zhì)和產(chǎn)狀、地質(zhì)構(gòu)造、新構(gòu)造運(yùn)動（如地震、火山活動）等。此外，氣候、地形、植被、人為活動都是主要影響因素，這就使這類侵蝕區(qū)域既有集中性，也有分散性。此外，水土保持試驗(yàn)觀測的基本方法可歸納為直接法和間接法兩類。直接法是指試驗(yàn)觀測水土流失（或水土保持）過程變化，或水土流失（水土保持）發(fā)生后水、土容積及其它的指標(biāo)變化的方法。觀測過程變化的方法又稱同步動態(tài)測量，它一般既要觀測水土容積的變化（含數(shù)量、組成、特性等），還要觀測影響因素的變化，特別是營力及下墊面的變化。同步動態(tài)測量多用自動化程度高的儀器設(shè)備完成，如自記雨量計(jì)、水位記錄儀、立體攝影等，若配以人工觀測，如泥沙取樣，也同認(rèn)為是同步動態(tài)觀測。當(dāng)僅觀測水土流失（水土保持）結(jié)果，并結(jié)合影響因子變化表現(xiàn)觀測，稱為靜態(tài)觀測。若僅測量水土流失數(shù)量，也稱容積法，如地貌法（相關(guān)沉積法）、容積測量（水文觀測）等。間接法是指用一些特有的指示指標(biāo)來評價(jià)水土流量（水土保持）強(qiáng)度（程度）的方法。如水土保持規(guī)范中除了土壤侵蝕強(qiáng)度指標(biāo)以外的指標(biāo)，像坡度、植被覆蓋度、溝谷密度等。通常在土壤學(xué)方法中應(yīng)用最多，如用土壤腐殖質(zhì)含量、團(tuán)粒含量及穩(wěn)定性、毛根含量及抗剪強(qiáng)度等來反映可蝕性，間接指出土壤侵蝕的強(qiáng)度（或潛在性）。（四）地面觀測資料的初步整理與分析調(diào)查和定位試驗(yàn)過程獲得了大量的信息資料，需對這些原始資料進(jìn)行初步整理，使之系統(tǒng)化，并肯定其應(yīng)用價(jià)值，作為進(jìn)一步研究探索和資料整編的依據(jù)。資料的初步整理與分析包括：次數(shù)分布、平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和取值精度幾個(gè)方面，解決這些問題是用統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理和方法進(jìn)行的。1.次數(shù)分配當(dāng)資料（數(shù)據(jù)）較少時(shí)，通?？蓮纳贁?shù)的數(shù)字資料中看出基本關(guān)系，無需作次數(shù)分配計(jì)算。在收集的數(shù)據(jù)很多時(shí)，難以發(fā)現(xiàn)它的規(guī)律性，這時(shí)進(jìn)行次數(shù)分配，得出次數(shù)分配圖或次數(shù)分配表是十分有用的。次數(shù)分配（圖、表）的作法是先根據(jù)收集的原始資料數(shù)據(jù)的多少和全距（最大值與最小值之差），正確分組，然后將資料（變數(shù)）按其大小，依次歸入既定的組內(nèi)，最后得出各組的中心（平均數(shù)），就能得出規(guī)律性的認(rèn)識。次數(shù)分配先要確定組數(shù)和組距，當(dāng)全距大或資料多時(shí)組數(shù)一般多，當(dāng)全距小或資料少時(shí)組數(shù)可少些。當(dāng)有了組數(shù)和全距，就可求得組距。也可以依據(jù)研究對象的性質(zhì)先確定組距，再算出組數(shù)。有時(shí)組距相同（等距），有的不同（不等距），都需依實(shí)際而定。分組完成后，就可將原始資料分別歸入各組中，求出每組的平均數(shù)，以及資料出現(xiàn)的'次數(shù)”（數(shù)目），得次數(shù)分布表（或圖）。次數(shù)分布表明確示出資料的變化范圍、集中程度及數(shù)值特征。2.平均數(shù)平均數(shù)是收集到的原始資料的代表數(shù)，它反映了資料（變數(shù)）的中心位置，可以用它作為“代表”與其它情況的資料作對比。平均數(shù)有算術(shù)平均數(shù)、中數(shù)和眾數(shù)，水土保持觀測研究中常用算術(shù)平均數(shù)。算術(shù)平均數(shù)的計(jì)算方法有綜合法和加權(quán)法兩種，用式表達(dá)為：式中：x—原始資料（變數(shù)）；f—該資料的權(quán)數(shù)；N一總體樣本（資料）數(shù)目。3.標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差也稱離均差，它反映了收集的原始資料與所得的平均值之間差異的大小，或者說平均值是否有足夠的代表性。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)差很小時(shí)（甚至為0）,表示平均數(shù)與各原始值差異很小（或無差異相等），這時(shí)平均值代表性很強(qiáng)，是我們期望的；若離均差大，說明平均值代表性不好，這就要查找原因繼續(xù)收集資料（或觀測）。標(biāo)準(zhǔn)差常用s表示，但我們收集的樣本（資料）并不是全體，僅是其中一部分，稱小樣本。這時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)差用S表示。計(jì)算式為：標(biāo)準(zhǔn)差S的量綱（單位）與變量相同。在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，隨機(jī)變量多呈正態(tài)分布，即愈靠近平均數(shù)，變量出現(xiàn)的機(jī)會愈多，相反，遠(yuǎn)離平均數(shù)，則出現(xiàn)的機(jī)會就少。標(biāo)準(zhǔn)差的分布特征也如此，尤土S時(shí)，資料數(shù)占68.28%；當(dāng)尤土2s，資料數(shù)占95.45%；當(dāng)x土*；，資料占99.73%。在水土保持觀測研究中，若能使保證率（機(jī)率）達(dá)到70?80%，甚至90%已是很好的。變異系數(shù)當(dāng)我們對兩個(gè)或兩個(gè)以上觀測系列資料進(jìn)行對比時(shí)，單純用標(biāo)準(zhǔn)差的大小來說明是不正確的。因?yàn)?，不同的資料系列可能具有不同的單位和性質(zhì)，即使性質(zhì)、單位相同，但由于資料取自于不同的環(huán)境條件（如豐水年、枯水年），這樣平均數(shù)不等，有很大的差異，而標(biāo)準(zhǔn)差的大小和變數(shù)值的大小是有聯(lián)系的，這樣就無法用標(biāo)準(zhǔn)差來直接比較，需要測定彼此相對的變異程度，這就是用變異系數(shù)的理由。變異系數(shù)Cv由下式計(jì)算：廠_sCv——x變異系數(shù)C表示出系列資料波動性（變化）小。若該值大，反映出這一系列資料受影響因子影響大，需要作出分析和判斷；若該值小，表明試驗(yàn)條件與環(huán)境控制得力，各方面影響小。5.精確度對收集資料的精確度估計(jì)，是觀測研究十分重視的問題，這里不必贅述，僅給出計(jì)算式如下：S?精確度尸—（1—均值誤差）x100%=（1—苴）x100%均值x二、降雨觀測各類侵蝕均與降水有關(guān)，因此，水土保持部門要求降水觀測。在水蝕區(qū)，小區(qū)徑流場和小流域徑流站都需要設(shè)降雨觀測點(diǎn)，要求在水土流失期（一般是汛期）觀測要連續(xù)、完整、細(xì)致，在非流失期可不觀測（必要時(shí)借用氣象站資料）或僅測定降水量。這里著重闡明流失期的降雨觀測。（一）觀測場地選擇與雨量點(diǎn)密度場地選擇與布設(shè)收集降雨受周圍環(huán)境影響很大，因而，觀測場地應(yīng)避開強(qiáng)風(fēng)區(qū)，建在周圍空曠、平坦的地方，不使樹木、建筑物等障礙物對觀測質(zhì)量造成影響。在丘陵、山區(qū)，觀測場不宜設(shè)在陡坡上或峽谷內(nèi)，盡量選相對平坦的場地，并使儀器口至山頂?shù)难鼋遣淮笥?0°，還應(yīng)考慮交通條件，保證觀測方便。小區(qū)徑流場設(shè)置的降雨觀測場，應(yīng)距最遠(yuǎn)小區(qū)不超過100m；若徑流小區(qū)分散，可增加觀測點(diǎn)。安裝雨量器中需有一臺自記雨量計(jì)和一臺量雨筒，以便分析校正。小流域雨量觀測點(diǎn)布設(shè)的要求是：流域地形及高程變化較小，且變化單一情況下，可以參考居民點(diǎn)均勻布設(shè)；當(dāng)流域地形高程變化大地面起伏劇烈，可選典型地段布設(shè)，并盡量布設(shè)均勻。觀測場確定后，應(yīng)加平整，地面種植牧草（草高不超過15cm），四周設(shè)欄保護(hù)，防止人畜破壞。觀測場地大小及雨量器安裝位置如圖2-1所示。安裝一臺儀器面積不小于4X4m2，安裝兩臺儀器面積不小于4X6m2。圖2-1雨量觀測場平面布置圖2.流域雨量點(diǎn)密度流域雨量點(diǎn)的多少受流域面積、形狀和地形變化大小制約，也隨降雨觀測服務(wù)的目的而變。一般面積大、形狀變化大，地形復(fù)雜的流域，雨量點(diǎn)密度要大；相反，雨量點(diǎn)可稀些，重點(diǎn)流域要研究暴雨量一面一深的關(guān)系及暴雨中心、頻率、雨型和氣團(tuán)活動對水土流失的影響等，因而，雨量點(diǎn)密度要求大，僅反映降雨和產(chǎn)流量的關(guān)系，雨量點(diǎn)可少些。我國小流域雨量觀測，一般采用1km2面積，至少應(yīng)有1個(gè)雨量點(diǎn)。在水土流失較嚴(yán)重的重點(diǎn)流域或地形復(fù)雜的流域，雨量點(diǎn)數(shù)按表2-1布設(shè)。表2-1流域基本雨量點(diǎn)布設(shè)數(shù)量流域面積（km2）<0.20.2?0.50.5?2.02?5.0雨量點(diǎn)數(shù)2?53?64?75?8（二）儀器安裝及校正儀器安裝基本要求雨量筒是常用的量雨器，它只能測定一次降雨的總量，因之安裝在有人駐守的雨量點(diǎn)上。

雨量筒結(jié)構(gòu)簡單，通常無需校正，但因出廠運(yùn)輸或其它原因，使承雨口變形、筒內(nèi)壁凸凹不光滑，或漏斗接觸不良，甚至儲水瓶、量杯破壞，應(yīng)檢修或更換。降雨受多因素影響，在垂直高度上分布不一，因此，我國規(guī)定量雨筒安裝高度為：器口至地面高0.7m，且保持器口水平，三角架深入地面以下要牢固，防止被風(fēng)吹倒。自記雨量計(jì)常用的為虹吸式和翻斗式兩種，它可記錄降水過程及雨量變化，需要觀測人員經(jīng)常檢查、換紙、加墨水等工作，因而常安裝在徑流場（站）。它的安裝高度為0.7m或1.2m。為保持安裝穩(wěn)定、牢靠，應(yīng)在儀器底部埋設(shè)基樁，或砼（磚）塊，并將三條拉線拉緊埋實(shí)，注意保證器口水平（用水平尺檢查）。2.雨量筒結(jié)構(gòu)簡單，通常無需校正，但因出廠運(yùn)輸或其它原因，使承雨口變形、筒內(nèi)壁凸凹不光滑，或漏斗接觸不良，甚至儲水瓶、量杯破壞，應(yīng)檢修或更換。降雨受多因素影響，在垂直高度上分布不一，因此，我國規(guī)定量雨筒安裝高度為：器口至地面高0.7m，且保持器口水平，三角架深入地面以下要牢固，防止被風(fēng)吹倒。自記雨量計(jì)常用的為虹吸式和翻斗式兩種，它可記錄降水過程及雨量變化，需要觀測人員經(jīng)常檢查、換紙、加墨水等工作，因而常安裝在徑流場（站）。它的安裝高度為0.7m或1.2m。為保持安裝穩(wěn)定、牢靠，應(yīng)在儀器底部埋設(shè)基樁，或砼（磚）塊，并將三條拉線拉緊埋實(shí)，注意保證器口水平（用水平尺檢查）。2.儀器校正（1）雨量器的基本技術(shù)要求雨量器和自記雨量計(jì)的承雨口內(nèi)徑為200mm，允許誤差不超過0.6mm，面積314.16cm2。自記雨量計(jì)量測精度相對誤差計(jì)算式為：8=J氣x100%Wd示、。量測精度要求：量測精度在較小降水情況下，以絕對誤差表示，超過10mm降水，以相對誤差表示。通常儀器的分辨率為0.1mm或0.2mm，精度要求是：降水量=10mm時(shí)，量測誤差應(yīng)為±2mm，最大不超過4mm；降水量＞10mm時(shí)，量測誤差應(yīng)為±2%，最大不超過±4%。自記雨量計(jì)的運(yùn)行時(shí)差：機(jī)械鐘日差不超過：±5min，石英鐘不超過土1.0min。記錄筆應(yīng)劃線清晰、無斷線現(xiàn)象，且記錄調(diào)零機(jī)構(gòu)操作方便、靈活，復(fù)零位誤差不超過儀器分辨力的二分之一。（2）檢查校正按照上述基本要求，在儀器安裝后須進(jìn)行檢查校正。一般量雨筒在儀器完整無變形的情況下，可不校正，或加入一定量的水，量測雨量筒收集的水量，并作比較，計(jì)算誤差。對自記雨量計(jì)，除檢查時(shí)鐘、記錄筆等部件外，主要檢查測量精度，是否符合規(guī)定要求。以虹吸式自記雨量計(jì)為例來說明：用量雨杯（特制杯）量取10mm清水，分10次徐徐注入承雨口，每次1mm，并記錄下每次自記筆的記錄值，當(dāng)剛好注完10mm水時(shí)，虹吸應(yīng)立即發(fā)生。重復(fù)五遍，將試驗(yàn)結(jié)果以累計(jì)加水量為縱坐標(biāo)，相應(yīng)記錄值為橫坐標(biāo)，點(diǎn)繪成相關(guān)圖。若相關(guān)線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，且與坐標(biāo)軸成45°的直線，說明儀器無誤。否則，應(yīng)求出誤差，進(jìn)行維修或更換。最常見的故障是加完10mm水后不虹吸，或未加完10mm水早虹吸，這是安裝虹吸管（玻璃制品小心安裝）有誤造成的，且在旋轉(zhuǎn)絲口時(shí)應(yīng)加黃油密封。（三）降雨量觀測量雨筒雨量觀測（1）觀測時(shí)段及基本要求每天量雨筒觀測的次數(shù)及其包含的時(shí)間稱觀測時(shí)段。水保部門多采用2時(shí)段和4時(shí)段觀測。即每天早8時(shí)和晚20時(shí)（2時(shí)段）觀測，或晚上2時(shí)，早8時(shí)，午14時(shí)，晚20時(shí)（4時(shí)段）觀測，這是為滿足研究的需要。若遇少雨或無雨天也可在早8時(shí)觀測一次。按氣象部分規(guī)定，降水過程中有間歇時(shí)，當(dāng)間歇時(shí)間超過15分鐘后，間歇前后作為兩次降水記錄；若間歇時(shí)間等于或小于15分鐘，則作為一次降水記錄。降雨觀測。應(yīng)在降雨結(jié)束后及時(shí)觀測，這是為防止蒸發(fā)損失提高精度所必須。在記錄降水量時(shí)，還應(yīng)記錄降雨起止時(shí)間。若觀測時(shí)降雨未結(jié)束，則應(yīng)帶備用儲水瓶換取，此種情況只記降水量不記降水起止時(shí)段。使用量雨杯，應(yīng)兩手指捏住上口使之垂直，讀數(shù)時(shí)保持視線與杯中水面凹面最低處齊平，讀至最小刻度。（2）暴雨觀測與調(diào)查暴雨是產(chǎn)生水土流失的重要降水形式，水土保持工作者都十分重視。一般都采用加測的辦法，采集雨量數(shù)據(jù)或巡視，以防降水溢出儲水桶。當(dāng)特大暴雨出現(xiàn)，無法進(jìn)行正常觀測，應(yīng)盡可能及時(shí)進(jìn)行暴雨調(diào)查。暴雨調(diào)查應(yīng)組織好人力分頭進(jìn)行。在雨區(qū)先要選擇好被調(diào)查人和被調(diào)查承雨器，如設(shè)在露天的缸、盆等，且雨前無蓄水，雨中無溢流，雨后損失小的器具。通過量積（或稱重）及承雨口面積，和調(diào)查降雨起止時(shí)間、降雨過程雨情變化及時(shí)間變化等資料，掌握雨型，測出降雨量。若在各變化時(shí)段，有不同的雨量收集物收集降水，且滿足無溢出等條件，那是十分寶貴的資料。注意在每一調(diào)查點(diǎn)應(yīng)有兩個(gè)以上的重復(fù)調(diào)查資料，以相互印證，保證調(diào)查有一定精度。將調(diào)查得出的降雨量值點(diǎn)繪在較大比例尺平面圖上（1/1000地形圖最好），可以繪制暴雨分布圖和等雨量線圖，得知暴雨中心及衰減變化，也可推求出觀測區(qū)的暴雨和分部。區(qū)域暴雨調(diào)查的雨量點(diǎn)分布應(yīng)較均勻，且應(yīng)有一定數(shù)量。調(diào)查點(diǎn)愈多，暴雨分布圖愈能反映真實(shí)情況，調(diào)查點(diǎn)愈稀少，相對精度較低。一般大范圍暴雨調(diào)查，一平方公里面積不少于一個(gè)調(diào)查點(diǎn)，對于靠近觀測區(qū)的范圍，一平方公里不少于2個(gè)調(diào)查點(diǎn)。自記雨量計(jì)觀測自記雨量計(jì)觀測在每日8時(shí)整進(jìn)行，當(dāng)降水量多或暴雨時(shí)要經(jīng)常巡視，以排除故障，防止漏記降雨過程。以下說明虹吸式雨量計(jì)的觀測過程。（1）觀測程序準(zhǔn)備。觀測前，在備用記錄紙上填寫觀測月份和日期，沖洗量杯和備用儲水瓶。每日8時(shí)整準(zhǔn)時(shí)到達(dá)雨量計(jì)處，并立即對著筆尖位置在記錄紙零線上劃一短垂線，以便檢查時(shí)鐘快慢。正常情況下，若無雨或少雨時(shí)，將筆尖撥離紙面，換紙并加墨水，上時(shí)鐘發(fā)條，此后，對準(zhǔn)時(shí)間，撥回筆檔，準(zhǔn)時(shí)記錄。若此時(shí)雨很大，可以不換紙（記錄紙上能連續(xù)記26小時(shí)），讓其繼續(xù)工作，經(jīng)過兩小時(shí)后再換紙。若已到10點(diǎn)雨仍很大，此時(shí)仍可不換紙，但需要撥開記錄筆尖，轉(zhuǎn)動鐘筒，使筆尖越過壓紙條，將筆尖對準(zhǔn)時(shí)間坐標(biāo)繼續(xù)記錄，直到雨小時(shí)再換紙。在換記錄紙的同時(shí)，將下方儲水瓶帶回，放上備用瓶，以便量測校正用。（2）觀測注意事項(xiàng)換記錄紙時(shí)，常出現(xiàn)浮子圓桶中有水而未能虹吸的現(xiàn)象（屬正?，F(xiàn)象），需注入一定體積清水，使其虹吸，帶回儲水瓶后要檢查注入量與記錄量之差是否在：d0.05mm之內(nèi)。若出現(xiàn)筆尖在10mm記錄紙上波動，成為平頭線（屬不正?，F(xiàn)象）可先將筆尖撥離紙面，用手握住筆架向下輕壓，迫使虹吸；然后對準(zhǔn)時(shí)間繼續(xù)記錄，待雨后再檢查調(diào)整。若連續(xù)晴日無雨，或＜5mm降水日，一般不換記錄紙，只須在8時(shí)觀測時(shí)，向承雨口注入清水，使筆尖抬高幾毫米，繼續(xù)記錄。每張記錄紙連續(xù)使用日數(shù)一般為5日，并記錄末端日期。換紙后，安裝紙筒就位應(yīng)先順時(shí)針后逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)鐘筒，以避免鐘筒的傳輸齒輪產(chǎn)生間隙，給走時(shí)帶來誤差。注意經(jīng)常用酒精洗滌自記筆尖，使墨水流暢。（四）資料整理與計(jì)算1.點(diǎn)雨量資料整理內(nèi)容與方法（1）審核原始記錄。通常必須隨測、隨算、隨整理、隨分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理和改正。對自記雨量計(jì)的記錄，要求分別檢查時(shí)間誤差和降水量誤差是否超過規(guī)定，超過規(guī)定值需進(jìn)行時(shí)間訂正和降水訂正。（2）時(shí)間訂正。一日內(nèi)時(shí)差超過5分鐘，就需訂正。訂正的方法是，以20時(shí)、8時(shí)觀測注記的時(shí)間紙上記號為依據(jù)，算出記號與記錄紙上相應(yīng)時(shí)間的差值，用兩記號間的小時(shí)數(shù)去除上邊的差值（分鐘），得出每小時(shí)差數(shù)，然后用累積分配方法訂正于需要摘錄的整點(diǎn)時(shí)間上。（3）降水量訂正。當(dāng)虹吸量（紙上算出量）大于記錄量（收集量），且每虹吸一次平均差0.2mm，或一日累計(jì)差值達(dá)2.0mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行訂正。方法是將虹吸量及累積降水量之差，按虹吸次數(shù)分配到每次虹吸降水中即可。（4）統(tǒng)計(jì)日降水量、月降水量。量雨筒觀測在8點(diǎn)觀測完后，應(yīng)記錄在表中，對于自記儀器的觀測，若出現(xiàn)記錄筆在10mm或10mm以上呈水平線并有波動，大雨時(shí)記錄筆不能復(fù)零現(xiàn)象，均以儲水瓶收集降水量為準(zhǔn)記錄。最后按月統(tǒng)計(jì)，標(biāo)出其中最大雨量、最強(qiáng)雨量和降雨天數(shù)、次數(shù)，并裝訂成冊。（5）特征雨量資料摘抄。水土流失受降雨強(qiáng)度影響極大，因而常要求摘錄出一次降水過程中相同降雨強(qiáng)度時(shí)段的降雨量和歷時(shí)，這就是特征雨量摘抄。在已經(jīng)訂正的自記雨量計(jì)的記錄紙上，先按照記錄線的斜率一致性將一次降水過程分為若干段，使每相鄰的雨時(shí)段斜率不一；然后算出每一時(shí)段的降水量，及由起止時(shí)間算出歷時(shí)；將各時(shí)段降水量和分時(shí)段時(shí)間加總，與校正后的降水總量和歷時(shí)比較，若誤差不超過0.2mm和5分鐘，即可滿足；若誤差超過規(guī)定數(shù)，則分別按雨量和歷時(shí)平差分配訂正。訂正后就可算出各時(shí)段的平均降雨強(qiáng)度（有摘抄專用表）。在月統(tǒng)計(jì)表中反映強(qiáng)度最大的降水量、歷時(shí)和強(qiáng)度。面（小流域）雨量資料整理與方法在小流域徑流泥沙觀測中，設(shè)置流域降雨觀測的意義主要是：①分析與校核流域徑流泥沙觀測資料；②對流域點(diǎn)雨量資料進(jìn)行插補(bǔ)和訂正；③分析建立面雨量一徑流一泥沙關(guān)系；④探尋流域降雨分布規(guī)律，以及對洪峰流量的影響；⑤分析流域水土保持綜合治理效益等。流域雨量資料整理與計(jì)算是建立在點(diǎn)雨量資料校正準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上。整理的內(nèi)容主要是求流域的平均次降雨量、日平均雨量和月平均雨量；對于面積較大的流域，還要作暴雨分布分析。以下著重介紹流域平均雨量推求的兩種方法。（1）算術(shù)平均值法：在流域布置雨量點(diǎn)密度足夠，且地形單一、分布均勻時(shí)，用算術(shù)平均值法推求流域平均次雨量。公式為：1寸P=—乎Pni_i=1式中：P—流域平均次雨量（mm）；P,?一流域所設(shè)點(diǎn)雨量的校正次雨量（mm）；n—流域布設(shè)的點(diǎn)雨量數(shù)。（2）面積加權(quán)法：若流域雨量點(diǎn)較稀、分布不均，或地形起伏大，則用面積加權(quán)法計(jì)算平均次雨量。各雨量點(diǎn)面積的確定多用泰森多邊形法，也有用雨量等值線法。圖2-2泰森多邊形法求點(diǎn)雨量代表面積泰森多邊形法是將布設(shè)的雨量點(diǎn)依據(jù)緊鄰關(guān)系連成多個(gè)三角形，如圖2-2示（虛線）；從周邊雨量點(diǎn)起作三角形每個(gè)邊的中垂線，即圖中細(xì)實(shí)線；再延長連接流域中部雨量點(diǎn)周圍各線的中垂線，形成圍繞雨量點(diǎn)的多邊形（含流域邊界線），這些多邊形所包圍的面積即為被圍雨量點(diǎn)的面積。面積量測：先分別量算各雨量點(diǎn)的面積并求和，再與總面積相比，將差值按各點(diǎn)面積大小平均分配到各個(gè)多邊形中（稱平差），得出真實(shí)面積并求出占總面積的份數(shù)，即面積權(quán)數(shù)f，用下式計(jì)算流域平均雨量：p=￡（pf）式中：p—各點(diǎn)雨量（mm）；/一各點(diǎn)雨量的面積權(quán)數(shù)；f=F（F為該雨量點(diǎn)覆蓋面積，F(xiàn)為流域總面積）。iF若流域面積較大，且有較多雨量點(diǎn)時(shí)，可按一定比例尺繪制雨量等值線圖，分別量測各等值線間所包圍的面積，經(jīng)平差后用不同面積分別乘以兩鄰等值線所示雨量的平均值，再求和后除以總面積即得平均雨量。式為：p=1￡（Pi+七1.f）F2i式中：F、F一分別為等值線所圍面積和流域總面積；Pi、P^一兩相鄰等值線示出的雨量（mm）；有了流域次平均雨量，就可進(jìn)行日雨量和月雨量統(tǒng)計(jì)，并找出最大雨量值和時(shí)間。三、坡面侵蝕觀測降雨由坡面向溝道匯流，因而坡面侵蝕成為小流域產(chǎn)流、產(chǎn)沙的重要部位和來源。坡面侵蝕觀測的主要方式為侵蝕小區(qū)徑流泥沙觀測。通過在不同土壤、植被和坡度的坡面設(shè)置侵蝕小區(qū)進(jìn)行徑流泥沙觀測，探索侵蝕規(guī)律，可為小流域綜合治理優(yōu)化配置防治措施提供依據(jù)。同時(shí)在有防治措施的坡面（如坡改梯、生物措施等）設(shè)置對照侵蝕小區(qū)就可以觀測得到防治措施的蓄水保土的效益。（一）侵蝕小區(qū)徑流泥沙觀測概述侵蝕小區(qū)徑流泥觀測是坡面水蝕測驗(yàn)的基本方法，在小區(qū)集中地又稱徑流場觀測。目前，各國徑流場的分類和面積大小不一，但規(guī)劃布設(shè)及觀測設(shè)施、方法、內(nèi)容基本一致。美國分實(shí)驗(yàn)小區(qū)和集水區(qū)，前者面積為2X22.1m2，后者在數(shù)公頃到數(shù)十公頃。我國分為小區(qū)和大區(qū)，小區(qū)面積為5X20m2，大區(qū)多在500-2000m2之間，包括一個(gè)或幾個(gè)微地形。在模擬實(shí)驗(yàn)中還利用微形小區(qū)，其面積小的1m2,大的也只數(shù)平米。徑流場觀測按照觀測項(xiàng)目又分為單因子觀測和多因子觀測。單因子觀測是在其它全部因子相同的條件下，僅一個(gè)試驗(yàn)因子發(fā)生變化的觀測。如設(shè)立有無治理措施的小區(qū)，觀測小流域綜合治理對產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響；又如設(shè)立不同坡長小區(qū)、不同植被覆蓋小區(qū)……等。多因子觀測是在小區(qū)中布設(shè)兩種或兩種以上試驗(yàn)因子，其它因子保持不變（相同）的觀測，如對分別在坡耕地和坡改梯后的梯地上設(shè)置侵蝕小區(qū)，小區(qū)上采用不同的覆蓋措施（地膜、秸稈、雜草）或種植不同作物、采用不同耕作措施等，以觀測和分析多個(gè)影響因子的產(chǎn)流產(chǎn)沙狀況。侵蝕小區(qū)規(guī)劃布設(shè)原則與基本要求不同侵蝕區(qū)域的坡面侵蝕特點(diǎn)及主要影響因素不同，不同治理措施區(qū)域的水土流失防治效益也不同，因而規(guī)劃布設(shè)小區(qū)時(shí)，首先要選擇能代表區(qū)域環(huán)境特征的地段。環(huán)境特征應(yīng)包括地形、土壤、土地利用、植被、人為生產(chǎn)活動、治理方式等方面，小區(qū)徑流場應(yīng)設(shè)置在具有代表性的典型地段。其次要考慮環(huán)境因素的極端情況，如坡度和坡長的極大、極小值，極端降雨、植被蓋度、各種水土流失防治措施等，以使設(shè)置的小區(qū)涵蓋和適應(yīng)各種情況。第三，具體布設(shè)的地段，應(yīng)有一定面積，盡可能使小區(qū)設(shè)置相對集中，并應(yīng)交通方便，利于管理和觀測。另外，在小區(qū)集中的徑流場周圍可布設(shè)護(hù)欄。為了使不同環(huán)境區(qū)域觀測資料有可比性，及不同小區(qū)觀測資料歸一化，在治理小流域內(nèi)必須設(shè)置一組標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)，采用全國一致的標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)。標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)面積為5X20m2,坡度為10°（或15°），地面采用裸露休閑均整的直線坡、人工鋤草和長期不施肥處理。小區(qū)觀測屬1：1比例尺的真實(shí)觀測，因而必須保持自然原始狀態(tài)，盡量減少人為對地形尤其對別層次的干擾破壞。侵蝕小區(qū)各處理必須設(shè)置重復(fù)（最少需1個(gè)）構(gòu)成一組處理，各處理在徑流場內(nèi)的排列多為對比隨機(jī)排列，若條件允許也可作對比順序排列，標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)組也排列其中。小區(qū)觀測應(yīng)從每年第一次降雨產(chǎn)生侵蝕開始，到最后一次侵蝕降雨結(jié)束。因而要保持觀測期小區(qū)處理的一致性。小區(qū)修建及設(shè)施為提高測驗(yàn)精度，坡面侵蝕觀測的徑流小區(qū)布設(shè)成寬5m、長20m（水平距）的長方形，且順坡向?yàn)殚L邊；重復(fù)小區(qū)緊鄰，中間被隔板分開。布設(shè)形式如圖2-3所示。圖2-3徑流小區(qū)平面布置圖每組小區(qū)設(shè)置寬不小于2m的保護(hù)帶，保護(hù)帶的處理與小區(qū)相同。用三角形小土埂或混凝土板（中間為隔板）把小區(qū)與保護(hù)帶（或小區(qū)）分開?；炷涟迮c隔板高不小于40cm，厚約5cm，埋深不少于20cm。小區(qū)頂部應(yīng)有排洪渠（亦稱截水溝），以防止上部坡面徑流流入小區(qū)。底部設(shè)集流槽，將徑流泥沙導(dǎo)入集流池或集流桶。集流槽上緣為一水平面，寬不超過5?10cm，集流槽下沿為擋土墻，槽體中部為傾斜的陡槽，將徑流泥沙導(dǎo)人集流口，并通過安裝在墻體內(nèi)的集流管，將徑流泥沙收集在集流池（桶）中。集流槽多用混凝土或磚砌砂漿模面做成，表面均整光滑，以減少沉積。目前，小流域綜合治理監(jiān)測的小區(qū)徑流泥沙多為雨后總量觀測，若徑流泥沙數(shù)量不大，可采用集流池收集。該池平面為一正方形或長方形，利用設(shè)在邊壁的刻度尺可推算出體積。為了清除泥沙方便，通常在下游的一個(gè)角設(shè)一小排泥坑，多為10cmX10cmX10cm尺寸大小（也可留有塞孔）。當(dāng)用集流桶收集徑流泥沙時(shí)，可用一個(gè)或兩個(gè)（甚至三個(gè)、四個(gè)）集流桶連接方式收集。若徑流泥沙總量大，則采用集流桶加分流箱收集（如圖2-4）。設(shè)置分流箱可以加一個(gè)（稱一級分流）也可每隔一個(gè)集流筒（或多個(gè)）加一個(gè)，采用多級分流辦法收集。分流箱為一鐵皮制長方箱體，長、寬、高分別為45cm、30cm、45cm，結(jié)構(gòu)如圖2-5。箱內(nèi)安裝有兩道活動鐵絲網(wǎng)和一道擋水板，它能阻擋雜物，不影響出流。擋水板能將翻滾擾動的水流經(jīng)消力欄消能后轉(zhuǎn)變成穩(wěn)態(tài)流，使水出流平穩(wěn)，少有波浪。分水箱的分水孔設(shè)在近底部約15cm處，水平均勻排列，孔徑為2cm或更大。通常分水箱前的集流桶泥沙多，經(jīng)沉積進(jìn)入分水箱，泥沙含量逐漸減小。不管分水箱的分水孔有幾個(gè)，僅收集中間一孔至下一個(gè)集流桶。圖2-4集流桶、分水箱安裝示意圖分水箱結(jié)構(gòu)圖分水箱結(jié)構(gòu)圖應(yīng)該注意，無論采用何種設(shè)施收集徑流泥沙，頂部均應(yīng)有防雨遮蓋，以免雨水落入。徑流場除布設(shè)各處理小區(qū)外，還應(yīng)按氣象部門要求建立小型氣象園，主要測定降雨、風(fēng)、空氣濕度、氣溫、地溫、蒸發(fā)等要素。小區(qū)觀測項(xiàng)目、方法與資料整理（1）分水箱分水系數(shù)試驗(yàn)分水箱的結(jié)構(gòu)變化是為出流均勻服務(wù)的，但實(shí)踐證明中孔出流量小，邊孔出流量大。有試驗(yàn)采用上述分水箱，最大誤差1.84%，且清水誤差小渾水誤差大。若改變結(jié)構(gòu)尺寸，需要厘訂分水系數(shù)。厘訂分水系數(shù)是一項(xiàng)細(xì)致反復(fù)的試驗(yàn)工作過程。設(shè)幾種試驗(yàn)流量，分別量測每種流量下的中孔出流量和邊孔出流量，計(jì)算出總流量、分水系數(shù)a和誤差。我們用該試驗(yàn)渾水加草沫試驗(yàn)記錄表來說明。見表2-2。表2-2分水系數(shù)試驗(yàn)記錄表試驗(yàn)流量（dm3/s）邊孔出流量（dm3）中孔出流（dm3）總出流量（dm3）分水系數(shù)a分水系數(shù)最大誤差最大誤差（%）含沙量(kg/m3)0.117228.7727.93256.709.1910.1711.843.30.333192.5922.76215.359.4620.1641.764.70.800196.0323.68219.719.2780.0350.385.91.100193.7323.45217.189.2610.0740.805.3平均9.2981.195表中總出流量二邊孔出流量+中孔出流量分水系數(shù)a—總出流量/中孔出流量分水系數(shù)最大誤差是從該流量多次試驗(yàn)中的最大a（或最小a）與平均a值之差；最大誤差百分?jǐn)?shù)是分水系數(shù)最大誤差與多次試驗(yàn)求得的平均分水系數(shù)a之比的百分值。一般分水系數(shù)最大誤差應(yīng)控制在1%上下，并在實(shí)地安裝后，再進(jìn)行測試，以避免風(fēng)雨、人、畜影響變化。（2）徑流觀測與計(jì)算降雨產(chǎn)流結(jié)束后，應(yīng)立即觀測收集的徑流量。當(dāng)為集流池（或僅有集流桶）時(shí)，可直接量測渾水位，計(jì)算出或用表查出渾水總體積（V渾總）。當(dāng)有分水箱時(shí)，在量得分流前的渾水量（如圖2-4中A，或A］，A2）、分流箱的水量（如圖2-4中AB、BC）以及分流箱后的出流量（如圖2-4中B］、B2和C）后，用已知的分水系數(shù)a計(jì)算出渾水總量。式為：V=（V+V+…）+V+（V+V+V）a+V?aa渾總AlA2ABBlB2BC1Cl2式中：VAl、VA2???VAB一分流前集流桶和分流箱中的泥水量（m3）；VBi、VB2^VBC—第一次分水量（m3）；VC—第二次分水量（m3）；a1>a2"?一試驗(yàn)的第一次、第二次…分水系數(shù)。需知上述取得的數(shù)值為含泥沙的渾水量，并非產(chǎn)流真值。從渾水體積中扣除其中泥沙體積，以及集流槽收集的多余徑流和其他人為加入水量后，才能得出小區(qū)產(chǎn)流量。即V凈7渾總-V泥總-PA集-V其它式中：P—降雨量（m）；A—集流槽面積（m2）；V總、V泥一分別為渾水總體積和泥沙總體積；V其它一其它人為加入水量。（3）泥沙觀測與計(jì)算泥沙觀測分泥沙取樣及處理兩個(gè)步驟，其中?。ú桑邮种匾２蓸樱涸谌忧?，首先應(yīng)將集流槽中沉積的泥沙，收集或掃入（或用定量水沖入）集流池中，記錄下一次徑流的泥水總量；用取樣瓶取分流桶上層含沙量較小的渾水樣一瓶（約3000ml），作為上層渾水樣。然后用虹吸方法將桶內(nèi)出現(xiàn)濁水。虹吸結(jié)束后，取三點(diǎn)測量分流桶內(nèi)的濁水深度。同時(shí)將分流桶內(nèi)的濁水用水桶取出，每次都測量水桶內(nèi)的濁水深度，并將水桶內(nèi)的濁水?dāng)噭蚝?，并攪動邊用取樣瓶取濁水樣一瓶。將水桶?nèi)取得的濁水樣作為分流桶下層渾水樣。分流桶內(nèi)濁水取完后，將分流桶底部所剩泥沙取出稱重。并用取樣盒取樣品測量含水量。這樣，用分層的辦法取得含沙量較小的上層渾水樣、含沙量較大的下層渾水樣以及底部的淤積泥沙量，分別測得其所含的泥沙干重，可計(jì)算得到總的泥沙干重，再除以分流桶內(nèi)的渾水樣容積即可得到分層測量的含沙量。分層測量中所取得的渾水樣也用過濾法測量其含沙量。若采用有分流箱的集流筒收集渾水方式，還應(yīng)分別對集流筒采樣，采樣方法同前。這里要詳細(xì)說明采樣器及操作方法。一般采集柱狀水體（從水面至底部）的采樣器有多種，小區(qū)測驗(yàn)中常用的有旋底式長管、小徑玻璃管和采樣筒采樣三種。考慮到我省與黃土地區(qū)泥沙的粒級不同，采樣器宜采用采樣筒，采樣筒采樣（如圖2-6）是最簡單的采樣方法，稱橫式分層采樣。它用鍍鋅鐵皮制成，容積在1000cm3以上。采樣時(shí)將水?dāng)噭?，約20-30cm深采集一筒。為使底層采樣準(zhǔn)確，先從筒底第一層采樣起，直到水表層結(jié)束。在采樣筒入水前，橫拿樣筒并用小塑料板蓋住筒口，到采樣位置后，打開筒口收集水樣并再次蓋口提出，注入處理盒中，如此反復(fù)直至結(jié)束。采樣筒采樣精度較低，但設(shè)備簡單、操作容易。1/11圖2-6泥沙采樣器樣品處理：將采集樣注入鋁制樣品盒（盒需編號）后立即稱重（GJ或量積（V］），以

免因氣溫高蒸發(fā)損失；后靜置24小時(shí)，再過濾出泥沙（通常慢慢倒出清水）；再將盛泥沙盒放入烘箱，在110°C溫度下烘干至恒重（約需6-8小時(shí)），取出放至常溫稱重（G：）。計(jì)算：經(jīng)過以上收集和處理，取得基本觀測資料后，就可計(jì)算：a.樣品泥沙量G泥及含沙量P;泥G泥吃心盒P還泥/Vi式中：G盒-為盛該樣盒重（g），通常在盒上標(biāo)出；g2、、v「分別為烘干泥加盒重和泥水樣體積。a.b.一次產(chǎn)流的泥沙總量G泥總及平均含沙量P若采用集流池或五分水箱集流桶集流，因等距采樣和重復(fù)采樣，則求其平均含沙量后再求泥沙總量式為:p=(P+P+App=(P+P+Ap)/n-PG泥總12=V渾總式中：n--測次或重復(fù)樣次；V-總--集流池渾水總體積（m3）。若采用集流桶加分水箱收集徑流泥沙，計(jì)算總泥沙量：G泥總=匕1七1+匕2七1+匕兒BBBCBC1c.徑流量及徑流、侵蝕模數(shù)前述得出泥沙總重量，還需換算成體積，才能在渾水體積中扣除，計(jì)算總泥沙體積V泥總=G泥總/Y泥式中：Y泥-泥沙容重；Gy廠泥沙總重量。通常一個(gè)地區(qū)的徑流場設(shè)置后，土壤類型及其物理性質(zhì)不再變化，的以土壤容重代替（因主要流失的是表層土壤），一般取值為1.2-1.35g/計(jì)算總徑流量V水廣V-V計(jì)算相同處理一組小區(qū)的平均產(chǎn)沙量和徑流量。計(jì)算時(shí)要注意單位統(tǒng)一。有了平均徑流總體積（m3）和平均泥沙總重量（kg），不難求出各處理徑流模數(shù)和侵蝕（泥沙）模數(shù)：測在求得各集流桶、分水箱的含沙量后，以下式+(Vp+Vp)a+Vp?aa得到徑流總體積。可以預(yù)先求出y泥，有cm3。MW=V水總乂10000（m3/km2）MS=G、、X10000（kg/km2或t/km2）將一年中各次產(chǎn)流和侵蝕的模數(shù)相加，即得本年某一小區(qū)的徑流模數(shù)（m3/km2.y）和侵蝕模數(shù)（t/km2.y）經(jīng)過多年觀測得出平均徑流模數(shù)（m3/km2.a）和平均侵蝕模數(shù)（t/km2?a）。除了前述基本觀測方法外，目前世界發(fā)達(dá)國家已實(shí)現(xiàn)觀測和資料傳輸自動化，這對于了解產(chǎn)流和產(chǎn)沙過程意義重大。限于我國泥沙含量高的特點(diǎn)，引進(jìn)這些先進(jìn)設(shè)備尚難以利用，需要進(jìn)行新的探索。國內(nèi)曾經(jīng)有用戽斗式流量儀和定容、定時(shí)采樣器，配以單板機(jī)、打印機(jī)解決這一問題，但因故障多還需改進(jìn)提高。小區(qū)產(chǎn)流產(chǎn)沙的起止時(shí)間、區(qū)內(nèi)侵蝕的變化、細(xì)溝出現(xiàn)等，均由人工現(xiàn)場觀測記錄或攝像記錄，為分析侵蝕機(jī)理和過程變化集累資料。（4）地形因子（LS）分析在取得裸露小區(qū)的流失泥沙資料后，就可作地形因子LS名值的計(jì)算分析。它通常是在相同條件下，單位面積的流失量與標(biāo)準(zhǔn)小區(qū)流失量之比值。在USLE中，史密斯等提出大于9%坡度的LS關(guān)系式為：LS)1.3LS（4）小區(qū)的配套觀測在進(jìn)行小區(qū)徑流、泥沙觀測的同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行以下觀測：基本情況觀測小區(qū)的基本情況包括地形、面積、處理、土壤性質(zhì)等主要方面。a地形應(yīng)記錄小區(qū)地貌部位、坡度、坡形、坡向及所包含的微地形特征和粗糙度。b面積包括小區(qū)長、寬，或不規(guī)則的形狀、范圍和面積大小等。c地表處理若是林草地，要觀測樹種（草）主要組成、齡級、密度、郁度閉（蓋度）及層次結(jié)構(gòu)等特征；若是農(nóng)地，要觀測作物種植及種植制度、生長及產(chǎn)量、施肥、耕作管理，尤其水土保持耕作管理更應(yīng)詳細(xì)量測等；若是園地，應(yīng)將配置方式、經(jīng)營管理、組合處理、時(shí)序變化等詳細(xì)規(guī)測（詳見四水土保持措施監(jiān)測）。d土壤觀測，應(yīng)有土屬土種定名及土壤主要性質(zhì)。其中土壤剖面層次結(jié)構(gòu)、機(jī)械組成、容重、孔隙度、團(tuán)粒含量等物理性質(zhì)和土壤PH值、有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量、鹽基代換量等化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)過幾年測定一次。表2-3小區(qū)基本情況表編號土質(zhì)坡度坡長（m）坡寬（m）面積（m2）土層厚度土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)含量（％）土質(zhì)開始觀測年月小區(qū)降雨觀測（詳見降雨觀測部分）。土壤水分變化觀測土壤含水量測定一般每十天定時(shí)觀測一次，在降雨產(chǎn)流后加測一次，若能在雨前加測一次更好。一般測點(diǎn)設(shè)在小區(qū)坡面上、中、下部，也可在保護(hù)帶測試。觀測分設(shè)若干層次，多以每20cm深一層，直至100cm或200cm（100cm下分兩層即可），用洛陽鏟或取土鉆取樣，烘干法測定。土壤水分蒸發(fā)，以前曾用波波夫蒸發(fā)儀進(jìn)行，每10天換土一次，工作量大精度低。現(xiàn)在多用精密蒸滲儀測定，因儀器昂貴，只能按大區(qū)在重點(diǎn)徑流場配備。四、小流域徑流泥沙觀測小流域徑流泥沙變化快、變化大，一般用測流建筑物量測和斷面量測，再配以必要的附屬建筑物構(gòu)成觀測站，所以又稱徑流站觀測。對于未設(shè)站的小流域，可通過調(diào)查得到徑流泥沙資料。（一）站址選擇及量水建筑物徑流站址選擇很重要，它直接影響測流精度。選址原則是：要求水流流動順暢，無彎道

和寬窄變化的河段，且河床（溝底）比降均一，無凸兀巨石和凹陷坑穴，邊岸雜草不影響水流，床質(zhì)均一；并在要設(shè)的量水建筑物上游有長30m以上的平直段，和下游有10m左右的平直段，且不受下游回水影響。此外，要選在支溝交匯的下游，以控制全流域避免頂沖破壞。若上述條件不佳又需設(shè)站，就要由人工整修河道，以符合設(shè)站要求。徑流站址選好后，就要選擇和修建量水建筑物。以下介紹水保中常用的量水建筑物。巴塞爾量水槽巴塞爾量水槽最適于含沙大的河道，測流范圍最小為0.006m3/s，最大達(dá)90m3/so它一般用砌磚砂漿護(hù)面和鋼筋砼作成，如圖2-7。漸變段（上）進(jìn)水段漸變段（下）進(jìn)水渠退水渠上下h漸變段（上）進(jìn)水段漸變段（下）進(jìn)水渠退水渠上下h注：（1）圖中尺寸單位為米；（2）底板砼厚度6cm，齒墻深不少于15cm；（3）水位觀測井設(shè)廊道與水流相通，注意淤積圖2-7巴塞爾量水槽由試驗(yàn)求得，大致保持一定的比例，由喉道寬度W由試驗(yàn)求得，大致保持一定的比例，由喉道寬度W決定。L=0.5W+1.2B=1.2W+0.48A=0.51W+1.22B1=W+0.3進(jìn)水段長度進(jìn)口寬度進(jìn)口段斜邊長出口寬度以上尺寸，均以米計(jì)。量水槽的流量計(jì)算式為：當(dāng)水流為自由出流時(shí)，即h-下0.677h上

1.569W0Q26Q=0.372W（-^）

0.3051.569W0Q26經(jīng)陜西省洛惠渠試驗(yàn)，將公式簡化為：Q=2.4Wh1.57上h7,按自由出流公式算出流量，再減去按下式算出的,,,，…7,按自由出流公式算出流量，再減去按下式算出的當(dāng)為淹沒出流時(shí)，即0.95＞上＞0改正值A(chǔ)W：4.57-3.14k0.07h上一1.80.07h上一1.8-2.45X0.305+0.007\W0.815hKhK=-下…h(huán),,_

式中：上為淹沒度。鑒于兩種出流計(jì)算式麻煩，采用下式計(jì)算：故淹沒出流的流量Q'為：Qf=Q-△W安徽水文總站劉芳岑同志建議，不論自由出流或淹沒出流統(tǒng)-Q=6.25K,1-KWh157上式中K為淹沒度。當(dāng)K＞0.677時(shí)，以實(shí)際值代入計(jì)算；當(dāng)K=0.677時(shí)，均以K=0.677代人計(jì)算。hK=-下h上＞0.95時(shí)，量水槽已失去測流作用，應(yīng)選其它方法測流。薄壁量水堰水力學(xué)中將堰頂厚度6＜0.67H（H為堰上水頭）時(shí)的測流堰稱為薄壁堰。此種情況堰頂厚度變化不影響水舌形狀，從而不影響過堰流量，常被水保中應(yīng)用。薄壁堰的測流范圍在0.0001-1.0m3/s之間，測流精度高。由于堰前淤積，適應(yīng)于含沙量小的小河溝上。量水堰由溢流堰板、堰前引水渠及護(hù)底等組成。按出口形狀分為三角形、矩形、梯形等。水土保持測流中多用三角形堰（項(xiàng)角90°）和矩形堰，是用3?5mm厚金屬板作成，并將切口銼成銳緣（銼下游），安裝到有護(hù)底的河段中，這兩種堰最好選在比降大的溝道中。（1）矩形堰（如圖2-8）流量計(jì)算式（自由流）：式中：b—堰頂寬（m）；g—重力加速度，g=9.8lm/s2；H一堰上水頭，即水深（m）；mo一流量系數(shù)，由公式算出或試驗(yàn)得出。當(dāng)無側(cè)向收縮時(shí)，即矩形堰頂寬與引水渠寬相同，且安裝平整，則

(=0.405+k0.0027)H/(H、1+0.55kH+PJ(=0.405+k0.0027)H/式中：P—上游堰高（m）,即矩形堰底比上游床底高出多少。(0.405+0.0027H-0.03穿【(1+0.55k當(dāng)有側(cè)向收縮時(shí)，如圖2-8中，則式中：B(0.405+0.0027H-0.03穿【(1+0.55k上述mo計(jì)算式即為巴青公式。在應(yīng)用時(shí)常根據(jù)堰頂寬b及側(cè)收縮系數(shù)B，分別按上述兩公式制成不同水頭與過堰流量關(guān)系表，以備查用。淹沒出流，即下游水位超過了堰頂并出現(xiàn)淹沒水躍，流量計(jì)算復(fù)雜，應(yīng)盡量避免。圖2-8矩形堰示意圖（2）三角形堰（如圖2-9）三角形薄壁堰流量計(jì)算公式為：_4—5Q=5Motg-v2gH2式中，。-三角形堰頂角；其它符號同前。0=90°,流量公式簡化為:5Q1.4H2薄壁堰安裝使用時(shí)應(yīng)注意：a堰板必須平整、垂直，堰檻中心線應(yīng)與進(jìn)水渠道中心線重合；b堰板用鋼板或木板制作，堰口應(yīng)成450的銳緣，其傾斜面向下游;c無論活動使用或固定安裝，該段水道要平直，斷面要標(biāo)準(zhǔn);d三角堰的堰檻高及堰肩寬應(yīng)大于最大過堰水深，矩形堰的最大過堰水深應(yīng)小于堰檻高，否則會出現(xiàn)淹